Explorando nichos con las nuevas tecnologías de electroerosionado

Extreme Wire EDM, ubicado en Grandville, Michigan, es un taller de máquinas con capacidades avanzadas de torneado. Sin embargo, usted no encontrará tornos convencionales en esta planta de Midwestern.

El taller se especializa en mecanizado por descarga eléctrica (EDM) y abrió sus puertas en 1998. Poco después, fijó su visión en trabajos con electroerosionado de hilo para grandes componentes de moldes y troqueles. Los hermanos y socios de negocio, Karl y Brian Bernt, prevén que este tipo de trabajo probablemente permanezca en Estados Unidos, y continúan comprando máquinas de hilo de gran capacidad para esos segmentos de la industria. De hecho, Extreme Wire EDM es el primer taller de Estados Unidos en instalar un Robofil 640CC, una máquina de hilo fabricada por AgieCharmilles que acomoda piezas de trabajo de hasta 6.614 libras de peso y dimensiones hasta de 1.300 x 1.000 x 510 mm. Actualmente, se pidió una segunda máquina igual porque la primera está demasiado ocupada.

De hecho, los hermanos no tienen visión de túnel; ellos buscan continuamente otros nichos potenciales de mecanizado, que las últimas tecnologías EDM puedan permitirles perseguir. Recientemente, el taller ha ganado trabajos complejos de torneado usando tecnologías de husillo desarrolladas en especial para electroerosionado de hilo. Mientras algo de ese trabajo complementa los robustos componentes de molde que pasan a través del taller –pasadores de eyección y núcleos endurecidos, por ejemplo–, la capacidad de tornear partes de casi cualquier dureza, hasta de 0.19 pulgadas de diámetro sin la presión de la herramienta y el calor asociado con el torneado, ha abierto oportunidades en nuevos mercados.

Lo que impresiona es que el taller añadió capacidades de torneado con electroerosionado cuando la tecnología era reciente y a pesar de que no funcionó de manera inmediata para su equipo. Añadir tecnología de mecanizado líder de una forma tan proactiva requiere cierta medida de disciplina y un tanto de audacia. Por eso, la inversión inicial necesaria para implementar una nueva tecnología de mecanizado es generalmente alta. A menudo, el costo decrece en la medida en la que otros talleres comiencen a aceptar y a adoptar la tecnología. Además, existe la oportunidad de que el costoso nuevo equipo pueda estar en espera por un tiempo antes de generar dinero, porque los clientes no están familiarizados con la tecnología alternativa y su potencial para aplicaciones particulares.

Extreme Wire EDM es capaz de justificar esto. Al integrar nueva tecnología sin tener trabajo en espera para ello, el taller puede familiarizarse con las capacidades, matices y limitaciones. Este tiempo de “práctica” le permite al taller avanzar en la curva de aprendizaje y refinar el proceso antes de ofrecer la capacidad a sus clientes.

Torneado EDM de alta velocidad
El taller ofrece actualmente dos procesos de torneado con electroerosionado –torneado a través de la rotación continua de la pieza de trabajo– y con la técnica “tornee mientras erosiona”, de AgieCharmilles, la cual sincroniza el indexado de la pieza de trabajo con la alimentación del hilo. Ambas son aptas para piezas de trabajo de casi cualquier dureza.

El primer método utiliza un husillo de alta velocidad H80R.MAC portátil, de Hirschmann Engineering USA, comprado hace un par de años. Este husillo rota las piezas de trabajo a velocidades de hasta 1.500 rpm, mientras el hilo de la máquina se mueve en los ejes X y Y para erosionar el perfil de parte deseado. Este husillo auxiliar puede usarse en cualquiera de las seis unidades de electroerosionado del taller. También puede proveer rotación en los ejes A o B, dependiendo de si está orientado en línea con los ejes X o Y de la máquina.

En una caja de acero inoxidable, el husillo sumergible mide 180 x 95 x 98 mm y tiene un motor AC de velocidad variable. Está unido con pernos a una mesa de máquina y conectado a una unidad de control que regula la velocidad. Extreme Wire EDM mantiene la unidad de control en un carrito, de modo que puede desplazarse hasta cualquier máquina que requiera el husillo. Las boquillas de precisión aseguran las piezas de trabajo para el torneado.

Mientras las operaciones de torneado con torno convencional requieren múltiples pases de la herramienta para retirar el material, el torneado con EDM erosiona todo el material que debe cortarse con cada pase de desbaste y de acabado. Típicamente, el taller toma un pase de desbaste y uno o más pases de acabado, según el acabado superficial deseado. Esto difiere de las operaciones típicas de electroerosionado con hilo, en las cuales las escorias de material sólido son cortadas de la pieza de trabajo. Una vez el perfil se tornea completamente, el hilo corta la parte del material en bruto, y la parte suavemente cae al fondo del tanque lleno de dieléctrico de la máquina. Las operaciones de torneado totalmente sumergidas le aseguran al taller una evacuación efectiva.

Mike Wysocki, el técnico de electroerosionado con hilo en el taller, ha desempeñado mucha de la experimentación inicial con el husillo de alta velocidad. Wysocki sugiere que optimizar las operaciones de torneado con EDM es similar a determinar la mejor combinación de velocidades de husillo y tasas de avance para un torno CNC convencional. Por ejemplo, las velocidades de husillo más rápidas se requieren para trabajos de menor diámetro. En la mayoría de los casos, el taller usa el software de programación PEP, de Vero International, Inc., para diseñar el perfil de la parte y generar el programa de parte a partir de un dibujo del cliente.

Los hermanos Bernt admiten que a veces es un reto obtener clientes que entiendan los beneficios de este tipo alterno de torneado. Algunos talleres de fijación, por ejemplo, creen que ellos pueden crear componentes endurecidos más rápidamente y con menores costos en sus propias instalaciones, a pesar de que requieran múltiples pasos. Ellos, por lo general, tienen que tornear el material en un torno, enviarlo fuera para un tratamiento térmico (que puede distorsionar la parte mecanizada), y luego desarrollar un mecanizado adicional u operaciones de rectificado para llevar los componentes a su tamaño final. El electroerosionado con hilo puede tornear con precisión materiales endurecidos en una sola fijación, lo cual no sólo reduce el número de veces que un taller debe tocar una parte, sino que también reduce el costo total de manufactura.

El torneado con EDM también es efectivo para Porcerax II, un metal poroso que les permite a los gases permear a través del material para posibilitar el venteo enfocado a áreas del molde de difícil acceso; el mecanizado o rectificado convencional, en cambio, tiende a empujar el material en los poros y reducir así la capacidad de venteo. Esto no ocurre con el EDM.

Torneado y erosión simultáneos
Poco después de comprar el husillo de alta velocidad Hirschmann, el taller invirtió en una unidad de electroerosionado Robofil 240, de AgieCharmilles, equipada con la característica opcional de “tornee mientras erosiona”. El husillo usado para estas operaciones provee una rotación de indexado servocontrolada, en sentido paralelo u opuesto a las manecillas del reloj, que se sincroniza con el avance del hilo en los ejes X y Y. Esto permite a la máquina producir geometrías de hélice y otras formas complejas. La máquina y el husillo de indexado se compran como un paquete porque se necesitan servos especiales y componentes relacionados para permitir a la máquina producir sus movimientos cuidadosamente coreografiados.

En la imagen de arriba a la derecha se muestran algunos ejemplos, que incluyen una colección de componentes con geometrías helicoidales. Puede ser difícil imaginar que cada una de esas características fue creada a partir de hilo para EDM que permanecía normal a la línea de centros de la pieza de trabajo para el pase completo.

Extreme Wire EDM hace la mayoría de la programación para esta máquina manualmente. Sin embargo, se ha estado comunicando con Vero International, que desarrolla un software de programación para operaciones de “tornee mientras erosiona” en su paquete CAM PEPS. La imagen CAD/CAM, a la derecha, muestra dos ranuras de levas idénticas y curvadas en lados opuestos, mecanizadas a partir de un tubo. El truco es rotar el material hacia atrás y hacia delante mientras el hilo corta ambas ranuras simultáneamente. Esta característica del software es muy nueva. De hecho, el taller desarrolló su primer corte de prueba en la parte de leva usando un programa de parte generado en PEPS durante mi visita en agosto de 2008.

El husillo utilizado en la máquina “tornee mientras erosiona” también puede usarse para indexado discreto. El inserto de molde rectangular en la imagen mencionada arriba es un buen ejemplo de cómo esto puede usarse para crear una parte prismática a partir de un material sólido redondo. Después de indicar la pieza instalada en el husillo, la máquina corta en lados opuestos y luego indexa la pieza de trabajo a 90 grados para cortar los otros dos lados. Esto elimina la necesidad de indicar la parte múltiples veces, lo cual sería necesario con un husillo sin capacidad de indexado. El indexado también es muy útil para crear ranuras y otras características planas en una parte torneada con un solo alistamiento.

Hirschmann está desarrollando un husillo de alta velocidad que puede usarse también para aquellos trabajos de indexado. Uno de los próximos pedidos de boquillas del taller es un perfecto candidato para esto. El taller será capaz de tornear un perfil de boquilla y usar el indexado para crear las ranuras igualmente espaciadas en un solo alistamiento.

Mantener los recursos disponibles y a la mano
El taller invierte bastante para mantener el herramental y los consumibles de electroerosionado a la mano. Por ejemplo, almacena múltiples tipos de alambre en tamaños que van desde 0.01 hasta 0.013 pulgadas. Al eliminar el tiempo para ordenar esos ítems, el taller es capaz de tornear trabajos con más rapidez. Su broca para agujeros EDM también ha sido ajustada con una guía de barra universal que elimina la necesidad de comprar una gran cantidad de guías dedicadas para diámetros de barra específicos. La guía universal, que se ajusta a varios tamaños de barra, le permite al taller almacenar 40 diámetros de barra diferentes, pero no 40 guías diferentes. Aunque la guía universal fue costosa inicialmente, ha sido útil para acelerar operaciones nacientes con agujeros en el taller.

Y mientras las máquinas del taller son, obviamente, recursos costosos, los hermanos Bernt no se preocupan por tener una o dos en espera. Con frecuencia, los clientes hacen pedidos de forma repentina, de modo que una máquina en espera puede alistarse para hacer esos trabajos inmediatamente. Por ello, Wysocki normalmente trabaja en estos pedidos en caliente durante el turno nocturno. Así, un trabajo que entra a las 5 p.m. puede prepararse para ser ejecutado durante la noche y estar listo en la mañana siguiente. Ya que el turno nocturno no es particularmente agradable para la mayoría de personas, los hermanos Bernt le permiten a Wysocki trabajar cuatro días a la semana, de modo que sea compensado con fines de semana de tres días.

¿Qué sigue?
Aunque algunas de las piezas de trabajo que el taller recibe tienen un agujero inicial, el taller promueve su capacidad de taladrado de agujeros como un servicio para sus clientes. El taller continúa ganando trabajos de gran altura, y su taladro para agujeros EDM existente tiene apenas la capacidad para aceptar tales piezas de trabajo. Por ahora, un bloque elevador personalizado de 6 pulgadas se ha añadido para elevar la columna del taladro de agujeros, de modo que pueda crear agujeros iniciales para partes de hasta 20 pulgadas de alto. Sin embargo, el taller probablemente añada un taladro de agujeros más grande con mesa fija.

Y mientras el electroerosionado con hilo es su especialidad, los hermanos también tienen presentes los equipos que generan viruta. En alineación con su deseo de integrar tecnologías avanzadas, ellos consideran añadir máquinas-herramienta que puedan desarrollar mecanizado simultáneo en cinco ejes, porque no todos los talleres ofrecen esa capacidad. Si eso sucede, podremos estar visitando nuevamente este taller en algún momento para dar un perfil de sus éxitos en la implementación de otra técnica avanzada de mecanizado.

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