Cuando la velocidad de husillo es una restricción

La frase ‘mecanizado de alta velocidad’ enfatiza la palabra 'velocidad', pero operar a una alta velocidad de husillo nunca ha sido la principal meta. El mecanizado de alta velocidad busca, en cambio, nivelar la velocidad de husillo –logrando una alta tasa de remoción de material en un solo ciclo de fresado que lleva tanto como sea posible, la pieza de trabajo en bruto a una lo más cercana a la parte final–. La parte completa y la alta tasa de remoción de material son las dos metas. La velocidad es sólo el medio, y no el único, para lograr estos dos objetivos juntos.

En los últimos años, las mejoras en la tecnología de herramientas de corte ha permitido a los talleres lograr altas tasas de remoción de metal a velocidades de husillo más bajas. Como resultado, un miembro del equipo de Boeing en St. Louis, Missouri, que enseña técnicas de mecanizado a alta velocidad a proveedores de Boeing, ahora también enseña técnicas de bajas rpm, generalmente a talleres que carecen de capacidad de alta velocidad. Para Boeing, este reciente conjunto de técnicas va más allá del engañoso y humilde título de “mecanizado de baja velocidad”, expresión que realmente implica un alto nivel de productividad.

Una parte en particular ilustra esto. La parte de aluminio en la foto a la derecha ha sido producida mediante mecanizado de alta velocidad en un gran centro de mecanizado en Boeing –una máquina capaz de alcanzar 24.000 rpm–. Pero esa máquina estaba sobreprogramada, generando presión por crear la parte de alguna otra forma. Un centro de mecanizado de 4.000 rpm pareció estar disponible.

El equipo de Boeing desarrolló un proceso para hacer uso máximo de las capacidades de esta máquina de menor velocidad, de modo que ella sola pudiera producir la parte eficientemente. En este proceso, el equipo también mejoró una aproximación al mecanizado de baja velocidad, que desde entonces ha ayudado a implementar a varios proveedores. El proceso involucra desbaste con fresas de alto avance, así como con escariadores de carburo sólido, capaces de realizar cortes pesados profundos y altas cargas de viruta. El proceso también involucra características de acabado usando escariadores de alto número de flautas.

El tiempo de operación para la parte había sido de 61 minutos. Este era el tiempo real para el ciclo de mecanizado de alta velocidad, con cambios de herramienta y aceleración/desaceleración incluidos.

Para la misma parte en el nuevo proceso de baja velocidad, el tiempo de operación era casi el mismo: 67 minutos. 

El ingeniero de Boeing, Eric Stern, es miembro del equipo de mecanizado de St. Louis, que forma parte del grupo de investigación y tecnología de la compañía. Él enfatiza que el mecanizado de alta velocidad aún es preferible. Por lo general, el HSM (mecanizado de alta velocidad) será, a menudo, más notoriamente productivo. Incluso en ciclo de alta velocidad anterior probablemente habría dado un mejor tiempo a 61 minutos si su programación y otros aspectos del proceso hubieran recibido tanto análisis como el proceso de baja velocidad recibió recientemente. Sin embargo, este tiempo sirvió como una referencia aceptada, y la productividad del mecanizado de baja velocidad llegó respectivamente cerca.

Para muchos proveedores, esto es de gran significado. Muchos no tienen un centro de mecanizado de alta velocidad, ya que no cuentan con suficiente trabajo de este tipo para justificar uno. Muchos otros enfrentan una sobreprogramación de las máquinas de alta velocidad, mientras las máquinas de baja velocidad en el taller permanecen disponibles. Al ayudar a los talleres a incrementar su productividad en todos los niveles de velocidad, el equipo de Boeing espera expandir su capacidad a través de la cadena de suministro de la compañía.

A continuación se presentan algunos puntos que el equipo sugiere para lograr un mecanizado de baja velocidad más productivo.

Regrese al desbastado
El desbastado y el acabado son distinciones que pueden volverse innecesarias en el mecanizado de alta velocidad de componentes para aeronaves, porque el mecanizado se hace mediante cortes pesados y precisos que retiran el material y logran las dimensiones finales. Sin embargo, el mecanizado de baja velocidad requiere regresar al desbaste y al acabado, dice Boeing. Esto porque el desbastado puede requerir cortes de alta potencia que no son apropiados para lograr las tolerancias dimensionales finales de las características de la parte.

En el desbaste, la clave es hacer el máximo uso posible de la potencia disponible de la máquina. En una máquina donde no hay disponibilidad de altas velocidades de husillo, esta potencia provee el medio alterno a la alta productividad.

Sacar el máximo de potencia puede involucrar experimentar con diferentes selecciones de herramienta. En la parte mencionada antes, el equipo de Boeing aplicó inicialmente un escariador de desbaste estándar para aluminio. La herramienta permitió una tasa de remoción de metal máxima de 6.3 pulgadas cúbicas por minuto, sacando ventaja de sólo 2 HP. En contraste, una herramienta diferente, el desbastador SwiftCarb mostrado en esta página, permitió que la máquina emplee 14.5 HP en este corte –en parte por el espacio de viruta dado por el efecto de escudo en el diseño de flauta–. La tasa de remoción de metal correspondiente con esta herramienta fue de 45 pulgadas cúbicas por minuto.

Usar flautas para el acabado
Para el acabado, la elección de la mejor herramienta es diferente. Un escariador con un gran número de flautas puede lograr una tasa de avance productiva a bajas velocidades de husillo. La herramienta de fresado de 10 flautas mostrada en la primera página es una herramienta estándar que Boeing recomienda para aplicaciones de acabado en titanio. La herramienta trabaja eficientemente para pases de acabado también en aluminio. De hecho, en aluminio, la herramienta de 1” de diámetro puede operar en una inmersión radial de 0.3” con una profundidad axial de corte de 1” –parámetros que no se considerarían en titanio.

La precaución con esta herramienta (y con el mecanizado a baja velocidad de componentes de aeronaves en general) es que las esquinas internas de la parte tienen que mecanizarse primero. En miembros estructurales de aeronaves resulta común encontrar numerosas esquinas internas, las cuales constan de muchos bolsillos. Para una herramienta de acabado con una profundidad de corte radial ligera, el encaje radial se incrementa drásticamente cuando la herramienta ingresa en una esquina. Por ello, para proteger tanto la herramienta como la pieza de trabajo, el material necesita mecanizarse en sus esquinas (con un tipo diferente de herramienta) antes de que se ejecuten estos pases de acabado rápido.

Otras herramientas de desbaste
Otras clases de herramientas también son probablemente valiosas. Entre estas destacan las fresas de alto avance, dice Boeing. La última foto de arriba –una pausa del pie de video de Boeing bajo “Editor Picks” a la derecha– muestra una herramienta de fresado de alto avance de Iscar. Las herramientas de “alto avance” usan una geometría del filo de corte que toma ventaja del adelgazamiento axial de la viruta para lograr una mayor tasa de avance a la que lograría una herramienta comparable con una geometría más estándar. Cuando los volúmenes de desbaste son lo suficientemente grandes para permitir este tipo de herramienta, Stern dice que la fresa de alto avance puede ser una forma confiable de lograr 50 a 60 pulgadas cúbicas por minuto, incluso cuando la velocidad de husillo es baja.

Una herramienta final que también merece consideración es una fresa de desbaste por penetración. Pocos talleres considerarían tal herramienta para el aluminio. La mayoría, en cambio, ve el desbaste por penetración como una técnica para los metales duros. Sin embargo, cuando la baja velocidad de husillo es una restricción del proceso, el desbaste por penetración podría ser la solución más productiva, incluso en el material suave. La elección depende de la forma del bolsillo –específicamente cuánto material dejará atrás la penetración para continuar con el mecanizado–. El desbaste por penetración no tendría sentido  si está disponible una alta velocidad de husillo, dice Boeing. Sin embargo, dada una máquina de baja velocidad, esta técnica puede ser un elemento del proceso que logre la mayor productividad.

Notas rápidas del mecanizado de baja velocidad
Un centro de mecanizado de 4.000 rpm puede ser una máquina productiva para fresar aluminio. El equipo de investigación y tecnología de mecanizado de Boeing en St. Louis, dice que estas son las claves para obtener la mayor productividad cuando la velocidad de husillo es una restricción:

• ¡Maximice la potencia! En desbaste, busque sacar ventaja de la potencia del husillo tanto como sea posible.
• Maximice la velocidad de husillo, la profundidad axial de corte y la profundidad radial de corte. Busque empujar todos estos parámetros tan alto como el desempeño del corte lo permita.
• Use altas cargas de viruta en el desbaste. Con escariadores de carburo sólido en aluminio, las cargas de viruta de por lo menos 0.010 pulgadas por diente son realistas. Las fresas de alto avance pueden permitir cargas de viruta de 0.050 pulgadas por diente.
• En acabado, las herramientas con gran número de flautas pueden lograr una alta tasa de avance a pesar de la baja velocidad.
• Mecanice esquinas internas antes de las costillas de acabado.

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