CAM para la producción de moldes

Cuando Midas Pattern Company fue concebida, su objetivo exclusivo era la fabricación de patrones para la industria de la fundición. Después de siete años, el éxito de la compañía, radicada en Bedford, Inglaterra, lo han comprobado sus 35 empleados y una reciente reorientación hacia nuevas premisas de fabricación. Sin embargo, la tarea tradicional de fabricación de patrones para fundición ahora sólo representa 25% de su producción, complementada con el desarrollo de un proceso altamente exitoso de moldeo de resinas por inyección (RIM) de volumen medio.

Los pedidos de un cliente de mucha trayectoria han hecho que el desarrollo de herramientas, la producción y el terminado de componentes de poliuretano, se conviertan en la pieza fundamental del negocio. La decisión, tomada hace tres años, de invertir en un sistema Pathtrace de programación fuera de línea para la preparación de patrones, ha contribuido de manera importante a su éxito.

Con EdgeCAM, ahora Midas puede integrarse con fabricantes de equipo original (OEM) y consultores industriales de diseño, para el desarrollo y producción de cubiertas y carcasas moldeadas que requieran la generación de formas con superficies complejas. Claro ejemplo es una cubierta para microscopio Renishaw, recientemente integrada a la producción. Está constituida por tres componentes moldeados de resina que configuran la base, la cubierta principal y una compuerta deslizante de sello de luz. Las piezas moldeadas son bastante complicadas, con muy pocas superficies planas e incorporan varios bujes moldeados de latón, que permiten simplificar el ensamble posterior.

El director administrativo de la empresa, Alan Rance, afirma que "sin nuestra ingeniería asistida por computador y nuestra capacidad de mecanizado CNC, nunca hubiéramos podido buscar este tipo de trabajos. Además, un cliente como Renishaw nunca nos hubiera considerado como proveedores. Cuando hicimos la inversión, nos pareció un gran paso hacia lo desconocido y fue nuestra única y más grande inversión. Tres años después se ha convertido en una herramienta esencial, sin la cual nuestra compañía no hubiera podido explotar el proceso RIM en la forma en que lo ha hecho".

El toque de Midas, en este caso, lo ha constituido el desarrollo de una técnica de fabricación de moldes que utiliza diversas resinas epóxicas para la fabricación de una herramienta de moldeo por inyección de resina metalizada.

Los moldes para poliuretano se construyen convencionalmente, bien de una manera costosa, con moldes de aluminio de alta calidad y elevado precio, o de una manera barata, con moldes de elastómeros de baja calidad. El problema con el herramental de alto costo es que sólo se justifica cuando se precisa un alto número de piezas. Pero si únicamente se requieren bajos volúmenes, la desventaja de las herramientas elastoméricas es su inestabilidad inherente, que dificulta justificarlas.

Sin embargo, Midas pudo explotar un nicho en el campo medio con su herramienta RIM, capaz de combinar las ventajas en costo y en tiempos de ciclo de los moldes de elastómeros, con una vida útil cercana a los 5.000 ciclos. Además, las herramientas RIM no tienen la inestabilidad dimensional de las herramientas elastoméricas y proporcionan una alternativa altamente viable a los moldes de aluminio. Aquí, Alan Rance cita como ejemplo típico la cubierta para Renishaw, que no permite una variación en tolerancias que exceda ± 0,4 mm.

La tecnología RIM de Midas ha probado ser muy popular entre una variedad de empresas fabricantes de equipo original de primera línea, en los sectores de instrumentación científica y electrónica. Alan Rance explica que estas compañías requieren de una apariencia de diseño de alta calidad para sus productos, pero los volúmenes generalmente no justifican herramental de aluminio o de acero. "Históricamente, muchos fabricantes se han acostumbrado a la fabricación de carcasas metálicas, lo que tiende a restringir las opciones de diseño. Nuestras técnicas proporcionan una alternativa y nos hemos equipado para proporcionar un servicio llave en mano para el diseño y manufactura de moldes y para la producción y terminado de componentes".

Algunos de los patrones de moldes RIM se fabrican mediante técnicas manuales convencionales. Sin embargo, las restricciones en tiempos de manufactura, la complejidad cada vez mayor de los diseños y las exigencias de los clientes para el suministro de diseños en forma electrónica, han hecho fundamental el trabajo basado en CAE. El gerente para CAE de Midas Pattern Company, Paul Stokes, contratado específicamente para alistar y poner en marcha esta faceta del negocio, afirma que antes de su vinculación con Midas había tenido varios años de experiencia en campo, con el software CAM Pathtrace en un ambiente de taller de herramientas. "A lo largo de los años, este software ha evolucionado hasta convertirse en un sistema muy poderoso. Por tanto, fue una decisión lógica la instalación del mismo sistema aquí. Cuando EdgeCAM fue lanzado, era uno de los pocos productos CAM realmente desarrollados para Windows, y Pathtrace tenía la fuerte convicción de desarrollar más y más el sistema. Además, como EdgeCAM no fue dedicado totalmente a la fabricación de herramientas en la medida en que lo fueron otros sistemas, ofrecía mejores características para trabajos de propósito general. Otra consideración importante para nosotros fue su costo, teniendo en cuenta que también debíamos adquirir un centro de mecanizado y equipo auxiliar".

Además de la producción de patrones para fundición y patrones de resina para herramientas de moldeo RIM, la planta es utilizada para fabricar insertos de metal, principalmente de aluminio, a fin de reforzar secciones delicadas de herramientas. Adicionalmente, el equipo le ha permitido a Midas la diversificación en la manufactura de herramental para aplicaciones de moldeo de metales por gravedad y en cáscara.

EdgeCAM forma parte importante e integral del montaje de ingeniería asistida por computador, y junto con SolidWorks y otros poderosos paquetes de sólidos y de superficies, constituye un gran potencial para el diseño de herramientas y patrones.

La ruta normal de manufactura es la adquisición de los datos del cliente mediante alguno de los más corrientes sistemas de CAD como SolidWorks, para luego desarrollar el patrón de fundición del producto. Líneas partidas, corazones de inserto y piezas perdidas, se tienen en cuenta en esta etapa. La geometría de diseño de la herramienta es pasada directamente al EdgeCAM para la generación de las trayectorias de herramientas y de los datos de mecanizado.

Paul Stokes describe aspectos ideales de EdgeCAM, como la posibilidad de editar directamente los componentes de geometría. "Tiene la capacidad de generar fronteras 2D y 3D a partir de superficies, lo que incrementa la posibilidad de hacer modificaciones a la geometría sin tener que hacer un traslado de los sistemas CAD originales. De la misma manera, la interfaz EdgeCAM Solid Machinist es un recurso importante cuando se trabaja con archivos de SolidWorks o con otros sistemas de modelamiento Parasolid o basados en Acis", agrega Stokes.

Recientes desarrollos en mecanizado dentro de EdgeCAM merecen similares elogios. Paul Stokes resalta las últimas funciones avanzadas de mecanizado de superficies como elementos de gran utilidad. "La función de combinación de fresado, por ejemplo, hace más fácil el mecanizado de piezas muy complejas con rasgos difíciles como resaltos y almas. De igual manera, la opción de aplicación de restricciones de fronteras y de profundidades en el modelo es extremadamente útil, particularmente cuando el modelo terminado excede los límites de trabajo de nuestro centro de mecanizado. En el proyecto Renishaw hemos tenido que construir el patrón de la cubierta en dos mitades, cada una con tres tajadas horizontales. Primero mecanizamos la tajada inicial, luego agregamos la segunda y la mecanizamos. El procedimiento se repite para el tercer nivel. La ventaja de hacerlo de esa manera consistió que se pudo terminar la pieza sin necesidad de utilizar extensiones de herramientas, con lo que se mantuvo una rigidez máxima y una alta precisión. Eso nos permitió obtener un alto estándar de terminado superficial sin la necesidad o con un mínimo de utilización de terminados manuales. Al usar herramientas de longitud estándar teníamos la posibilidad de optimizar velocidades y avances". Cualquier trayectoria de herramienta generada en el sistema es simulada en el módulo de verificación de EdgeCAM, antes de ser aplicada en la máquina, de manera que los costos y los tiempos de ciclo no contienen errores de mecanizado.

Además de las funciones de preparación de programas de corazones, todas las otras funciones periféricas dentro de EdgeCAM son altamente calificadas por Paul Stokes. Esto incluye los traductores de CAD y el ayudante de código. "Cuando hemos tenido problemas al leer datos de CAD de terceras partes, los traductores de EdgeCAM normalmente han podido resolverlos. De igual forma, aun cuando no hemos hecho uso extensivo del ayudante de código, este ofrece una gran flexibilidad; si hubiéramos tenido la necesidad de enviar fuera trabajos de CNC, le hubiéramos proporcionado a la empresa el programa de la pieza con la seguridad de que estaría correcto y listo para ser cargado en el sistema de control de la máquina-herramienta. Pero, sobre todo, estoy muy satisfecho por la forma como EdgeCAM ha evolucionado; la versión actual es altamente compatible con las necesidades del fabricante de herramientas, pero mantiene las funciones importantes de propósito general, lo que redunda en un gran beneficio por el dinero invertido", concluye Stokes.