Celdas automatizadas para electroerosión

Casi todo el que visita TNT EDM, un taller de servicios en Plymouth, Michigan, Estados Unidos, observa su insólita decoración: bordes de madera natural alrededor de los marcos de las puertas, pisos de granito pulido en los corredores, luces escondidas, paredes con frisos. Este taller de 40 personas tiene el ambiente de una oficina suite de una empresa de representaciones o de un estudio de diseño.

Así, los 18.000 metros cuadrados del espacio dedicado a la manufactura, acogen más de cuatro docenas de electroerosionadoras (máquinas EDM) de hilo y de penetración CNC, y un número casi igual de fresadoras CNC y de centros de mecanizado. La atmósfera 'profesional' creada por la decoración simplemente refleja la seria devoción del taller hacia la calidad y el mecanizado de alta precisión.

Las más nuevas celdas de mecanizado automatizadas de TNT tipifican esta combinación distintiva de tecnología avanzada y estilo artístico. Las siete celdas están conformadas por dos máquinas-herramienta servidas por un robot y un carrusel. De estas celdas, tres son para electroerosionadoras de penetración, dos para electroerosionadoras de hilo y las dos restantes para el fresado de electrodos de grafito.

A primera vista, el arreglo de las celdas parece el típico de muchas celdas robotizadas instaladas en talleres estadounidenses desde los años noventa, especialmente en talleres de moldes progresivos. Una mirada más cercana a las celdas revela algunos importantes refinamientos. Estos refinamientos aumentan la capacidad de cada celda para trabajar por períodos extendidos en maniobra no atendida, con operación económica y eficiente, de fácil servicio y mantenimiento. En la mayoría de los casos, se asigna una persona por turno a cada grupo de celdas, para hacer de la mano de obra una mínima parte de los costos de producción. Esta es, obviamente, una ventaja competitiva en el mercado globalizado de hoy.

Sin embargo, la competencia con otros talleres no es el punto. Lo importante es la 'competencia' con el uso creciente del taller de fresado duro como una alternativa complementaria a la electroerosión. Aunque TNT fue fundada estrictamente como un taller de electroerosión dedicado casi por completo a los moldes de inyección, el taller empezó a moverse en otros campos a finales de los noventa. La capacidad en fresado duro ha sido la fuerza conductora principal detrás de esta nueva dirección estratégica.

"Todavía la electroerosión es muy importante para nosotros -explica el fundador y presidente de la compañía, Tom Mullen-. Aunque el fresado duro representa nuestra nueva y creciente área, el trabajo que involucra fresado duro muy a menudo involucra EDM. Entre más fresado duro hace el taller, más importante, altamente eficiente y económica se convierte la electroerosión". Gracias en parte a la ingeniería de las celdas de electroerosión automatizadas, estas complementan y soportan las operaciones de fresado duro del taller.

Contra la pared
Todas las celdas automatizadas de TNT están distribuidas de tal manera que las máquinas-herramienta estén cerca de la pared, con el frente hacia el interior de la bahía de manufactura en la que estén localizadas. En cada celda, un robot y su carrusel integrado están ubicados entre un par de máquinas. El robot carga y descarga cada máquina desde el lado más cercano. De esta manera, el operador tiene un acceso completo a las mesas o a los tanques de trabajo no obstruidos de las máquinas.

El movimiento del robot está protegido por cortinas de luz interconectadas en lugar de puertas o cerramientos. Este arreglo hace que las celdas sean seguras y no desordenadas. Es fácil revisar la celda con una mirada. Con las cortinas de luz hay menos superficies y piezas en movimiento que puedan recolectar polvo o que requieran mantenimiento. El carrusel y el robot pueden ser alcanzados fácilmente para la carga de piezas de trabajo o de electrodos.

La disposición de las celdas a lo largo del perímetro de la bahía de manufactura permite que todos los servicios lleguen a las máquinas desde atrás o a lo largo de las paredes. El aire y las líneas eléctricas salen de las paredes, para eliminar cuerdas, conductos o mangueras que desciendan del techo. El cableado de red también es conducido a lo largo de las paredes. Acomodar o relocalizar las celdas es una labor muy fácil y flexible porque siempre hay conexiones cercanas.

Las tuberías y ductos también van a lo largo de las paredes, detrás de las celdas. El taller tiene sistemas centralizados para el manejo de fluidos dieléctricos, de tal manera que no hay enfriadores o unidades de filtrado que ocupen espacio cerca de las electroerosionadoras. Las tuberías de PVC de 4" que transportan el fluido dieléctrico conectan las máquinas con los sistemas centrales. Cuando es práctico, se localizan válvulas y dispositivos de cierre entre las celdas, donde puedan ser alcanzados. Hay sensores electrónicos en el piso, estratégicamente distribuidos, para detectar fluidos que puedan indicar fugas considerables. Los sensores están diseñados para cortar el flujo en toda la bahía y enviar una señal de alarma si un charco los alcanza, lo que hace más segura la operación no atendida.

El taller está dividido en varias áreas de manufactura dedicadas a procesos particulares o a tipos de máquinas. Cada área, esencialmente, es un gran salón con máquinas-herramienta a lo largo de paredes que rodean islas de bancos de trabajo y mostradores localizados en el centro. Las electroerosionadoras de penetración, de hilo y la producción de electrodos están agrupadas con sus correspondientes sistemas centralizados, localizados en los espacios adyacentes. Por ejemplo, el sistema centralizado para enfriamiento, filtrado y desionizado del agua utilizada en la electroerosión de hilo está alojado en un salón adyacente a la bahía dedicada a la electroerosión de hilo. Lo mismo ocurre con el salón que aloja los filtros y enfriadores para el aceite utilizado como dieléctrico en las electroerosionadoras de penetración, localizado cerca de la bahía de electroerosión por penetración.

El uso efectivo del espacio es un beneficio clave. Las celdas están dispuestas en grupos, en las mismas paredes o paredes adyacentes, de tal manera que una persona pueda atender todas las celdas en esta área. Como las celdas están contra las paredes, los bancos de trabajo en el centro del salón quedan a sólo unos pasos de distancia.

Los bancos de trabajo y los mostradores proporcionan suficiente espacio para organizar las piezas de trabajo, las herramientas y los electrodos con amplitud. Los dispositivos de alistamiento para la fijación de piezas de trabajo están localizados en los bancos cerca de las máquinas apropiadas, lo mismo que las unidades de medición e inspección. Hay suficiente espacio para desplegar los planos y demás documentos. El amplio espacio debajo de los mostradores y una disciplina consciente de orden hacen que no se produzca apiñamiento. Los amplios corredores facilitan la maniobra de los carros para el transporte de las piezas de trabajo y de los elementos de herramental.

A mano derecha, a mano izquierda
Una de las claves de la distribución en planta de las celdas de electroerosión es la configuración de mano derecha y de mano izquierda de las máquinas-herramienta. Cada una de las dos celdas de electroerosión de hilo consta de un par de modelos FA10 de Mitsubishi EDM. Cada una de las tres celdas de electroerosión de penetración consta de un par de modelos EA12E del mismo fabricante. En cada celda, un robot WorkMaster, de System 3R, carga y descarga las piezas. El robot también sirve como un cambiador automatizado de electrodos en las electroerosionadoras de penetración.

Las unidades FA10 y EA12 están configuradas normalmente con el control de operador colgante sólo en el lado derecho. Para satisfacer los requerimientos de TNT, el fabricante estuvo de acuerdo en proporcionar unidades con un control al lado izquierdo para acomodarse a la distribución lado a lado de las celdas. Estas modificaciones fueron diseñadas en las oficinas principales de Mitsubishi EDM en las afueras de Chicago y ejecutadas en la planta del fabricante en Japón. De acuerdo con Bill Isaac, gerente de ventas de producto, la construcción modular de estas máquinas hizo posible las modificaciones. La operación de las máquinas y las unidades de control no fueron alteradas (la configuración izquierda ahora está disponible para otros usuarios por pedido especial).

En TNT, sistema de herramental integrado de System 3R, es utilizado en las celdas de electroerosión CNC de penetración y de hilo, lo mismo que en todo el equipo de electroerosión del taller. Todas las máquinas de fresado utilizadas en la producción de electrodos utilizan este sistema de herramental integrado, para asegurar que la localización exacta y la orientación sea mantenida en todo el proceso de mecanizado y electroerosión. Los robots están equipados con pinzas de sujeción compatibles con el herramental System 3R.

Las dos celdas automatizadas de fresado de electrodos de grafito también tienen configuraciones izquierda y derecha. Las máquinas CNC de alta velocidad para fresado de grafito Okada GM544 también requirieron la modificación de los controles colgantes y de los cambiadores automáticos de herramientas con el fin de proporcionar el espacio para el brazo del robot. Cada máquina está equipada con un panel de izado, operado por aire, en el lado derecho o izquierdo de la cubierta de la máquina para el acceso del robot.

Las dos celdas de fresado de grafito son idénticas, excepto por el hecho de que una celda está equipada con mesas rotativas Nikken CNC 100, para dar a estas máquinas capacidades de cuatro ejes.

Fortalecimiento del fresado en duro
Aunque el taller ha invertido en sus capacidades para fresado en duro, Mullen no ve el retiro de su compañía del enfoque en el proceso de electroerosión. Ciertamente, el fresado en duro ha reducido la cantidad de electroerosión que realiza el taller como un porcentaje de cada trabajo, pero las operaciones de electroerosión siguen siendo esenciales.

Un área en la que el taller se ha especializado es la manufactura de herramental para forja en caliente y herramientas de producción para piezas forjadas de metal en polvo (PM, powered metals). Los punzones y matrices para la forja de piezas PM son más precisos que el herramental convencional para piezas fundidas. La geometría de este herramental es más compleja y las tolerancias más ajustadas. Como resultado, la forja de piezas en bruto PM produce piezas más fuertes y más cercanas a la forma neta.

Esta clase de herramental se presta para el fresado duro porque la geometría es relativamente poco profunda. El mecanizado de cinco ejes se requiere con frecuencia, de tal manera que pueden mecanizarse geometrías complejas, sin necesidad de una excesiva longitud de herramientas en áreas inicialmente obtenidas por electroerosión. El taller lleva a cabo fresado de desbaste en centros de mecanizado OKK de tres ejes. El fresado de acabados se realiza en centros de mecanizado Yasda de tres ejes, o en centros de mecanizado Hermle de cinco ejes.

Los juegos punzón-matriz para la forja de piezas en bruto PM constituyen un buen ejemplo de la interacción entre el fresado en duro y la electroerosión. En este caso particular, las matrices inferiores tienen un hueco pasante de gran tamaño, obtenido mediante electroerosión de hilo. El tamaño y profundidad de estas perforaciones descartan el uso de fresado en duro para esta operación, que se hace por corte con hilo en una fresadora Mitsubishi FA20 equipada con corte sumergido. Las piezas se fijan en múltiples. Los cortes sumergidos ofrecen una ventaja porque el espesor de la pieza varía alrededor de los orificios, creando condiciones de flujo no uniformes que podrían ser difíciles de sostener con máquinas de hilo no sumergidas. Al cortar dentro de un tanque lleno de agua desionizada, el proceso conduce a un mejor acabado superficial y una geometría más precisa a velocidades de corte mayores.

Mullen piensa que la aplicación exitosa del fresado en duro y de la electroerosión radica, en última instancia, en la comprensión de las capacidades y limitaciones de cada proceso. "Hacemos todo cuanto podemos con fresado en duro y utilizamos electroerosión cuando es indispensable", comenta. Sus años de experiencia con la electroerosión han probado ser una guía invaluable en la cuantificación de las oportunidades de maximización de la efectividad de la electroerosión, al tiempo que se saca ventaja de la productividad que ofrece el fresado en duro. "Tanto la electroerosión como el fresado en duro están aquí para quedarse", afirma Mullen.

Los avances en la tecnología de herramientas de corte, los diseños de husillos y los controles de alta velocidad continuarán haciendo el fresado en duro más efectivo. Al mismo tiempo, los avances en la automatización de la electroerosión harán este proceso más eficiente.

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