Mecanizado a cero en los talleres de moldes

Los talleres que producen moldes para inyección de plásticos están descubriendo que la tecnología metalmecánica de hoy les permite pasar de largo, algunos de los aspectos que requieren más tiempo y mayor mano de obra en la producción de moldes. Esta tecnología es una combinación de desarrollos bastante recientes, los cuales se resumen en este artículo (Sinergia estratégica). Esta combinación de avances en máquinas-herramienta, software de programación, sujetadores de herramientas, escariadores y otros accesorios, permite el mecanizado de superficies de moldes 3D endurecidas, que son tan precisas y lisas que el rectificado o el pulido manual se reduce en gran medida o llega, incluso, a eliminarse. Ya que el mecanizado final ocurre después del tratamiento térmico, un paso o dos de endurecimiento pueden saltarse. Muchas características que requerían una o más operaciones por electroerosionado (EDM) pueden producirse en un solo alistamiento en una fresadora. Las áreas de cierre pueden mecanizarse para emparejar tan perfectamente que el centrado del molde toma horas en lugar de días.

“Mecanizar a cero” puede ser un término confuso a primera vista. Algunos talleres de moldes lo llaman “mecanizado de red”, “mecanizado al modelo” o “corte a cero”. En realidad, el concepto se centra en las técnicas que hacen innecesario dejar material en exceso cuando se mecanizan superficies de moldes 3D. En lugar de aplicar intencionalmente separaciones del patrón de herramientas para dejar 0.001 o 0.003 pulgadas de material en las superficies, no se deja atrás material –cantidad cero–. De hecho, la misma tecnología que posibilita esto, también permite mecanizar hasta una condición de material negativa, un concepto estrechamente relacionado con el mecanizado a cero, pero que no es ampliamente aceptado. La idea consiste en retirar 0.0004 a0.0008 pulgadas extra de las superficies del molde. En áreas de cierre, el espacio resultante no es lo suficientemente grande para permitir el flujo de la mayoría de materiales plásticos a través y crear rebaba, pero es lo suficientemente grande para prevenir que los bordes en las líneas de partición hagan contacto cuando el molde cierre. Esto evita el desgaste a lo largo de estos bordes. Algunos proponentes afirman que el espacio también permite que el molde respire con mayor uniformidad y eficiencia.

Un molde mecanizado de esta forma podría ir de la máquina-herramienta a la prensa de inyección de plástico y producir una parte moldeada aceptable con la primera inyección. Sin pulido. Sin ajustes manuales. Sin centrado. Aunque este ideal es posible y debería ser la última meta para los talleres de moldes, los principales beneficios de no dejar material en exceso son una reducción en las horas de mano de obra requeridas para producir un molde, una reducción en el tiempo total de producción del molde y una mejora significativa en el desempeño del molde.

La tecnología de mecanizado convencional y la práctica de construcción de moldes tradicional no permitían mecanizar a cero. Los talleres de moldes dejaban normalmente material extra en las cavidades, núcleos y cierres porque debían hacerlo. El material en exceso aseguraba la disponibilidad suficiente de material para el pulido y otros ajustes, sin exceder las tolerancias dimensionales en el molde. De la misma forma, el material en exceso actuaba como un factor de seguridad para compensar el margen de error impuesto por las limitaciones de la tecnología convencional.

Las limitaciones incluyen:

• Errores en la precisión volumétrica de la máquina-herramienta.
• Husillos que vibran excesivamente, se mueven fuera del centro o ‘crecen’ a medida que absorben calor.
• Desviación de las herramientas de corte y los portaherramientas.
• Desviación en la rotación del husillo.
• Desviación cordal excesiva en el patrón programado de herramienta.
• Fuentes de vibración en la estructura de la máquina-herramienta, el herramental y los movimientos programados del cortador.

Por supuesto, dejar un material extra significa que debe retirarse después. Esta práctica inevitablemente se construye en horas de trabajo manual y centrado. Este tiempo y costo ‘innecesarios’ afectan la competitividad del fabricante de moldes, especialmente cuando cotiza contra fabricantes de moldes con bajos salarios en otros continentes. Las horas adicionales alargan los tiempos totales, lo cual hace problemática la entrega rápida y a tiempo. El trabajo manual y el ajuste personalizado también hacen probable que un molde necesite ajustes y cambios mínimos en la prensa de producción, creando así demoras y costos adicionales al cliente.

Sacando este tiempo y esfuerzo lejos de la producción de moldes, el mecanizado a cero/material negativo ayuda a neutralizar la ventaja en costo de los moldes de fabricantes en otros continentes. Cuando los costos ‘duros’ de obtener un molde –tener que embarcarlo al extranjero, verificarlo y posiblemente reprocesarlo hasta el recibo–, se añaden a los costos ‘suaves’ de lidiar con una barrera de lenguaje, manejar diferencias horarias, demoras del envío y dificultades en el manejo de cambios de ingeniería o diseño, el molde producido domésticamente debería tener una ventaja obligada. Mantener la producción de moldes en tierra también reduce el riesgo de perder control de la propiedad intelectual –y este valor puede ser inestimable.

Más allá del mecanizado a alta velocidad
En muchas formas, el mecanizado a cero es una extensión del proceso de mecanizado a alta velocidad (HSM). La esencia del HSM es tomar los cortes livianos a altas tasas de avance con pasos poco espaciados. Se requieren velocidades altas de husillo para lograr cargas de viruta óptimas a las profundidades especificadas de corte. El mecanizado a cero se apropia y se construye sobre todas estas técnicas.

El mecanizado a cero, sin embargo, va varios pasos más allá. Necesita tolerancias geométricas muy estrechas. Para lograr estas precisiones que el mecanizado a cero o a material negativo requiere, todos los componentes de la tecnología deben trabajar en conjunto. Todd Schuett, de Creative Technologies (proveedor de tecnología de mecanizado) y un proponente de esta solución, describe esto de la siguiente forma: “La precisión del producto final descansa en la precisión de cada paso de la vía. La eficiente ejecución del programa exige mejor desempeño de la máquina y el herramental. La vida de la herramienta demanda mejor programación y desempeño de la máquina. La operación eficiente de la máquina demanda programas estrechos y precisos para guiar el movimiento, y herramientas durables y precisas. Los tres componentes están inevitablemente relacionados, cada uno descansando en los otros para su propio éxito”.

Aunque las técnicas de mecanizar a cero o mecanizar a material negativo han probado ser más ventajosas con moldes de tamaño pequeño a mediano, estas técnicas comienzan a ser aplicadas a moldes más grandes, como aquellos para paneles interiores de automóviles y lentes para ensambles de iluminación.

Cuatro usuarios exitosos
Cada uno de los siguientes cuatro artículos perfila un taller de moldes que ha adoptado el concepto de mecanizado a cero (o material negativo). Estos talleres siguen los mismos principios básicos de su aplicación. Cada taller ha escogido diferentes vendedores para la tecnología, mostrando que el concepto no es un proyecto atribuido a un estrecho grupo de proveedores. Más aún, cada taller ha implementado el concepto de forma diferente y ha tenido experiencias únicas en su camino.

El enfoque de cada perfil de taller se dirige hacia un aspecto diferente del concepto. El perfil de Eclipse Mold promueve una discusión de las características de la máquina-herramienta. El perfil de Ameritech ahonda en asuntos relacionados con los portaherramientas, las herramientas de corte y los componentes relacionados. El perfil de SurKut resalta consideraciones relacionadas con el software CAM para programación CNC. Finalmente, el perfil de Pro Mold va hacia la gestión de la fuerza de trabajo en la transición hacia el mecanizado a cero. Aunque el lado técnico del mecanizado a cero es desafiante, el lado humano de él no puede subestimarse o ignorarse.

Como estos cuatro talleres de moldes, otros deben aprender a competir sobre una base de tecnología. Los métodos de producción de moldes que reducen el contenido de mano de obra desinflan la importancia de bajos salarios como una ventaja en costos. Otros factores, como estar más cerca del cliente y más atento a sus necesidades especiales, pueden equivaler a pedidos ganados. La tecnología es un ecualizador que ayuda a sacar la inclinación del campo de juego.

El éxito de los talleres de moldes que han adoptado el mecanizado a cero debería ser instructivo para todos los talleres de máquinas. Los talleres de moldes norteamericanos están reviviendo claramente sus prospectos, de cara a la intensa competencia global. Ellos proveen un modelo para revitalización que sólo algunas compañías en metalmecánica pueden aprenderlo y encontrarlo alentador.

Sinergia estratégica
El mecanizado a cero capitaliza los avances en tres áreas principales: la máquina-herramienta, el herramental y el software CAM. El éxito con este proceso requiere una implementación coordinada de tecnología en las tres áreas. Todd Schuett, de Creative Evolution, ha compilado una lista de factores en cada área, que considera esenciales para el mecanizado a cero y material negativo.

Para máquinas, los elementos clave incluyen:

• Alta respuesta dinámica.
• Adecuada visualización hacia delante para evitar violaciones a la superficie.
• Husillo de alta velocidad.
• Retroalimentación de alta resolución.
• Estabilización térmica (husillo enfriado y escalas lineales).
• Medición y monitoreo de la herramienta con láser automatizado.

Para herramental, los elementos clave comprenden:

• Geometrías precisas de radios en los cortadores de nariz esférica.
• Selecciones de cortador aliviado para reducir vibración y sobrecortes por arrastre.
• Selecciones listas para usar longitud a diámetro que proveen rigidez óptima.
• Portaherramientas de ajuste por contracción para dar rigidez y precisión.
• Lubricación microniebla para mayor vida de la herramienta.
• Sujeción magnética de trabajos para alistamientos rápidos.
• Paletizado para mayor tiempo operativo.

Para el sistema CAM, los elementos clave incluyen:

• Trabajar desde la definición matemática de la superficie.
• Mantener un modelo de inventario en proceso.
• Generar automáticamente rutinas de desbaste.
• Controlar la carga de viruta para un desbaste eficiente.
• Eliminar movimientos agudos y cambios bruscos en la dirección de la herramienta.
• Fresar siempre en modo de ascenso.
• Adicionar automáticamente pases extra. En desbaste, esto controla la carga de viruta. En el acabado, los pases extra controlan la altura de las marcas en superficies de pendiente baja (tangentes).

©Reproducido de Modern Machine Shop con autorización expresa del editor.