Técnicas de rectificado avanzadas permiten corridas cortas y de precisión

Mientras se camina por el taller de Curt Reed, instantáneamente se vuelve claro que este especialista en rectificado está en la larga lucha. Sus organizadas instalaciones de 430.000 metros cuadrados en Wallingford, Connecticut, se soportan en los US$1,25 millones de dos máquinas de rectificado CNC universales Studer y una máquina de medición por coordenadas Zeiss (CMM). Ese avanzado equipo le permite a Reed aplicar a cabalidad sus enormes talentos en rectificado cilíndrico y de formas para cumplir con los trabajos difíciles de las industrias de defensa, aeroespacial, automotriz y de herramientas y moldes. Tal inversión en equipo capital para un negocio pequeño no la hace alguien sin confianza o sin compromiso con sus clientes. Esta impresión es importante, ya que los clientes de Reed tendrían su proveedor de servicios de rectificado de precisión actuando como un aliado a largo plazo, mejor que como un proveedor de una sola vez.

Reed inició Precision Grinding Solutions en el año 2000. Antes de eso, trabajó 15 años en el cuarto de herramientas de un gran fabricante de productos de consumo. Ahí adquirió su experiencia con una máquina rectificadora CNC universal Studer S40 y tecnología de ruedas de CBN para rectificar herramental con tolerancias estrechas. En un principio, él preparó a Precision Grinding Solutions con el propósito ofrecer servicios de ingeniería de aplicaciones para el grupo United Grinding Technologies de Studer. Con UGT como su principal cliente inicial, tuvo la oportunidad de estar involucrado en las tecnologías de rectificado de Studer y pudo conocer una gran variedad de empresas, muchas de las cuales conformaron el núcleo de la base de clientes de Reed. Esto le dio a Reed la oportunidad de ofrecer sus propios servicios de rectificado a inicios de 2004.

Uno de sus primeros clientes tuvo dificultades en el rectificado de sellos de turbina de alta presión para motores de tanques. Con un S40 de otro taller, Reed probó que él podía hacer esa operación y consiguió el trabajo restante de ese cliente una vez estableció su propio negocio.

Ahora Precision Grinding Solutions se especializa en rectificado de formas, rectificado de perfiles y rectificados cilíndricos interno y externo. El taller atiende principalmente proveedores de primer y segundo nivel que requieren trabajos de rectificado en componentes intrincados hechos de súper aleaciones, aceros inoxidables, aceros para herramientas, carburos, cerámicos o partes recubiertas con atomizadores de plasma duro.

Un taller robusto
Las instalaciones de Reed son aptas para operaciones de rectificado de alta precisión. Antes eran la sede de un negocio de impresión de trabajos delicados que requerían un control ambiental preciso. Dos sistemas de control de clima Leibert de 5 toneladas de capacidad mantienen la temperatura en ±1 °F así como un nivel apropiado de humedad.

La primera compra importante del taller fue una máquina de rectificado cilíndrico universal Studer S40. Está equipada con un cabezal de trabajo en el eje C para rectificado de formas de alta velocidad, un cabezal de rueda en el eje B, un afilador rotativo de ruedas, supresión de fuego automático con CO₂ y recolección de niebla de aceite con filtro Hepa (el equipo Studer está disponible en Estados Unidos a través de United Grinding Technologies, ubicada en Miamisburg, Ohio). El negocio creció y fue necesario añadir una máquina rectificadora universal CNC Studer 31 con una línea de centro más corta que la S40.

Se dice que los cabezales de rueda del eje B usados en estas máquinas ofrecen una resolución de 0.0001 grados y pueden ser configurados con 30 arreglos diferentes de ruedas de rectificado externas e internas. La máquina S40 de Reed tiene dos ruedas de rectificado externas en línea, en un lado del cabezal de ruedas. Estas ruedas, con diámetros de 400 milímetros y 500 milímetros, pueden ser usadas en posiciones de aproximación recta o angular. En el otro lado del cabezal de ruedas está una posición para los husillos intercambiables Fischer, que varían en velocidad desde 12.000 rpm hasta 120.000 rpm y son usados para rectificar características internas. La máquina S31 tiene dos ruedas externas de 500 milímetros en lados opuestos del cabezal de ruedas y una posición para un husillo de rectificado interno. Los husillos para trabajo interno también se usan para rectificar características fuera de redondez o perfiles de leva alrededor del exterior de la parte.

Reed dice que usa aceite mineral como medio refrigerante en lugar de soluciones a base de agua, porque el aceite ofrece ventajas de desempeño en el rectificado y ayuda a mantener la limpieza de la máquina. Cada máquina de rectificado tiene un filtro de refrigerante dedicado y la unidad de refrigeración de Transor Filter USA. Una unidad tiene una capacidad de 1000 litros; la capacidad de la otra es de 1200 litros. El tamaño de estas unidades resulta apropiado para máquinas rectificadoras de esa magnitud, en el desarrollo de operaciones que requieren un gran volumen de refrigerante. A la fecha se han registrado 11.000 horas en la unidad Transor del S40, la cual sigue todavía con el aceite original. Un separador magnético en la unidad extrae algo de los contaminantes antes que el refrigerante alcance el sistema de filtración de 1 micra. El calor generado por estas dos unidades se libera al espacio abierto sobre el techo de las instalaciones para no incrementar la temperatura ambiente del taller.

La efectiva refrigeración con aceite es tan importante como la filtración para el trabajo de rectificado con precisión, anota Reed. Las unidades Transor entregan refrigerante a las máquinas de rectificado a 20 °C para estabilizar la temperatura de la base y los componentes de la máquina. Reed dice que sería imposible rectificar componentes de válvulas y mantener 1 micra de cilindricidad, así como lo ha hecho, sin tener los componentes de la máquina a la misma temperatura.

En lo que respecta a Reed, cada vez que el aceite se usa como un refrigerante de rectificado, la máquina debe activar un sistema de supresión de fuego automático. Él ha visto que grandes fabricantes escatiman costos en esta precaución vital de seguridad, probablemente porque se enfocan en el costo inicial versus beneficios potenciales. Reed cree que el costo adicional para el sistema es valioso si dicho sistema se necesita sólo una vez. De hecho, el sistema no sólo salvó su S40, sino también sus instalaciones. Un problema del software durante el alistamiento originó que una rueda colisionara con el afilador lo rompiera, causando un incendio. Si no hubiera estado instalado el sistema de supresión de fuego, se habría perdido la planta completa. En lugar de ello, el único daño fueron unos cuantos alambres fundidos en la máquina.

Piezas de trabajo exóticas
Reed es diestro en rectificado de perfiles de leva con forma libre. A menudo, el trabajo de rectificado de formas externas para perfiles de levas se lleva a cabo rotando una pieza de trabajo en el eje C y oscilando la rueda de rectificado en el eje X. La S40 de Reed ha sido modificada para desarrollar también el rectificado de formas con un movimiento simultáneo en los ejes C y Z. Esto es posible mediante una versión especial del paquete de programación fuera de línea StuderForm. Esta modificación se probó después que el taller obtuvo un trabajo para rectificar una leva frontal de 350 milímetros de diámetro. El perfil de la leva redonda recuerda una onda seno.

Generalmente, el taller rectifica componentes de rodamientos. Durante la visita a la empresa, el taller rectificaba componentes de rodamientos pareja para un ensamble de enfoque fino en un sistema de cámara usado para guiar armamento activado desde helicópteros militares. El taller rectifica la carrera, las superficies de asiento de los lentes internos y los diámetros interno y externo para cada componente pareja. Los componentes luego se recubren con nitruro de cromo, que incrementa su dureza a 86 HRc. El problema que el cliente del taller experimentaba era que el calor aplicado durante el enchapado algunas veces distorsionaba las partes, lo cual originalmente causaba el desecho de componentes costosos. Sin embargo, con ruedas de rectificar súper abrasivas, Reed encontró una forma de rectificar el duro recubrimiento y volver los componentes distorsionados a su forma. A la fecha, el taller ha ahorrado más de 40 juegos para su cliente.

Capacidades de inspección de última generación
Casi todo trabajo de rectificado se inspecciona con un CMM Accura, de Zeiss. En algunos casos, el taller tiene una capacidad de medición más precisa que sus clientes. Un instrumento de medición de tal precisión elimina cualquier señalamiento entre el taller y el cliente en relación con la precisión de rectificado. De hecho, algunos clientes usan los datos de medición durante el ensamble del componente. Un ejemplo es el de un cliente que ensambla componentes hasta un ajuste de interferencia. Los componentes pareja, que se entregan al cliente con un número de identificación grabado con láser, se emparejan por datos de medición para crear el mejor ajuste posible.

Reed aprecia mucho la interfaz amigable con el usuario del software Calypso del CMM, además de sus capacidades de escaneado helicoidal a alta velocidad y aproximación tangencial. Las fijaciones para sujeción de partes frecuentemente se dejan instaladas en la mesa del CMM para trabajos que están en producción. De esta forma, el puente monta una parte fácilmente y llama el programa de inspección apropiado. Todos los datos de medición se recolectan en archivos PDF, que se graban en CD a diario. Los CD luego se almacenan en otro sitio en una bóveda de banco.

Reed ha ofrecido estas capacidades de inspección de última generación en algunos trabajos de medición por contrato, lo cual ha ayudado a pagar el CMM. Él admite que se está volviendo cada vez más difícil programar tiempo para este trabajo de medición paralelo porque el taller ya está muy ocupado.

Riesgos y retos
Parte de la emoción para Reed es sacar adelante trabajos de rectificado particularmente intrincados. Muy rara vez se ha negado a hacer un trabajo, a no ser que la parte no ajuste en la máquina. Él admite que puede ser muy difícil establecer el precio cierto de un trabajo que puede verse sólo una vez en la vida. Sin embargo, asume que verá esos trabajos nuevamente, que encontrará la manera de hacer más eficiente la operación y, posiblemente, de hacer más dinero con ese trabajo. Incluso, si no llegan trabajos repetidos, el conocimiento ganado en la rectificación de aquella pieza difícil podrá aplicarse a trabajos similares en el futuro.

No obstante, el reto de imaginar cómo rectificar componentes complejos se supera por la dificultad de encontrar empleados hábiles que puedan hacer este tipo de trabajo. Reed opera generalmente las máquinas durante el primer turno, y otro empleado de confianza trabaja en el segundo turno. Ya que él hace tantos papeles en el taller, encontrar tiempo para ubicar y entrenar nuevos empleados no resulta fácil. Este es un escenario compartido por un gran número de talleres pequeños en todo el mundo.