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VÍDEOS DESTACADOS

Cornellá de Llobregat, septiembre 2014 – Los fabricantes llevan a cabo operaciones de torneado, fresado y taladrado para mecanizar las piezas. No obstante, estos procesos pueden crear rebabas y cantos vivos no deseados en los extremos del elemento. Estos cantos vivos podrían dar lugar a una rotura de material durante el uso de la pieza, o podrían debilitar su estructura y suponer un peligro para sus usuarios. Estos riesgos son el motivo por el cual muchos usuarios consideran que las rebabas o los cantos extremadamente vivos son razón suficiente para rechazar las piezas a los proveedores.

Los fabricantes siempre han eliminado las rebabas y los cantos vivos mediante rectificado manual y otros procesos manuales. Estos métodos son lentos, y requieren la extracción de la pieza de la máquina y su recolocación para las operaciones de desbarbado o chaflanado. E incluso aunque las realicen profesionales con gran habilidad, estas operaciones carecen de la coherencia de procesos necesaria entre piezas.

Un alternativa productiva al desbarbado manual es el MEP (Mechanised Edge Profiling). El MEP elimina los defectos no aceptables en los cantos mediante una herramienta especialmente diseñada y el mismo equipamiento con el que se mecanizaron las diferentes partes de la pieza. El proceso MEP ofrece numerosas ventajas. Permite definir y programar con exactitud cómo quedará el canto final mediante el sistema CAM de la máquina, lo cual aporta la máxima precisión en las repeticiones. En general, el tiempo de
producción de piezas se reduce, ya que no es necesario retirar la pieza de la máquina y volver a fijarla y se elimina la acumulación de tolerancias y otras incoherencias que suelen producirse entre configuraciones. Para responder a esta tendencia, los fabricantes de herramientas de corte actuales continúan desarrollando nuevas herramientas más productivas que refuerzan las ventajas del proceso MEP.

Principales candidatos al MEP

Teniendo en cuenta las exigencias cada vez más estrictas del sector aeronáutico en cuanto a precisión y coherencia entre piezas, los componentes para aviación son los principales candidatos a la aplicación del MEP.

Los componentes del motor de un avión, por ejemplo, suelen clasificarse como rotativas y estáticas. Durante el MEP de piezas estáticas del motor, como tambores y carcasas, el perfilado normalmente consiste en el uso de herramientas estándar de chaflanado.

Para las piezas rotativas principales, como la hélice y los discos del compresor, los usuarios finales esperan una mayor calidad, y requieren la eliminación completa de las imperfecciones de la superficie. Normalmente el estado del canto suele someterse a la aprobación y certificación por parte de un laboratorio. Para desbarbar estas piezas, los fabricantes de herramientas han desarrollado herramientas MEP personalizadas, de gran precisión y con una alta capacidad de repetición.

Desarrollo de herramientas para MEP

Las herramientas de desbarbado y perfilado estándar, como las aplicadas a los componentes estáticos, incluyen fresas de chaflanado de metal duro con recubrimiento, con aristas de corte de 45? y 60?, así como herramientas de plaquitas intercambiables para mecanizar chaflanes de 45? y 60?.

Para las aplicaciones más delicadas, los fabricantes de herramientas ofrecen herramientas diseñadas a medida para perfilar los los cantos y eliminar las rebabas especialmente en la entrada o salida de un agujero. Algunas herramientas combinan estas operaciones y pueden eliminar las rebabas tanto de entrada como de salida.

Estas herramientas personalizadas suelen contar con geometrías de corte complejas. Las más sofisticadas tienen diseños de filo que crean un chaflán con un filo redondeado precedido por ángulos de entrada y salida diseñados para evitar la formación de rebabas secundarias.

El desarrollo de herramientas especializadas va más allá del mero mecanizado de cantos vivos. Para perfilar rebabas y cantos vivos en la entrada de un agujero o en la superficie superior de un componente, las investigaciones revelan que la combinación de un corte recto con una hélice a derechas es más eficaz debido a que sirve para retirar de la pieza el material mecanizado. Por otro lado, para las rebabas de salida en la superficie inferior de una pieza, funciona mejor un corte a derechas combinado con una hélice a izquierdas, de nuevo debido a que esta configuración retira las virutas de la superficie.

Otros análisis de aplicaciones han indicado que las herramientas MEP diseñadas para eliminar las rebabas en la parte superior o en la entrada de un agujero, confieren una mayor vida útil a la máquina que las herramientas destinadas a retirar las rebabas en la parte inferior o en la salida de un agujero pasante. Esto se debe a que una herramienta de desbarbado diseñada para atravesar la pieza y poder acceder a la salida del agujero será más larga y tendrá un diámetro menor que una destinada a efectuar la misma tarea solo desde un lado del agujero. Una herramienta más larga y de menor diámetro es más propensa a la inestabilidad y a la vibración, dos efectos que pueden astillar o romper una herramienta de metal duro. Por ello, la mayoría de talleres optan por utilizar herramientas distintas para desbarbar los cantos vivos de entrada y salida de un agujero en lugar de una herramienta para ambas operaciones.

Las herramientas más largas y de menor diámetro también requieren más cuidado en la selección de los parámetros de corte. Una herramienta corta y robusta puede trabajar más rápido y sin vibraciones ni otros problemas. La geometría y las características de la pieza también marcan la diferencia. Cuando las condiciones de corte son estables y los cortes son suaves e ininterrumpidos, pueden aplicarse parámetros de corte más agresivos. Por otro lado, las piezas con elementos como agujeros de acceso que interrumpen las vías de corte MEP obligan a usar parámetros más conservadores para reducir el desgaste de la herramienta y evitar problemas prematuros.

Parte del desarrollo actual de las herramientas para MEP incluye piezas que combinan el mecanizado de un elemento con el desbarbado. Por ejemplo, la arista de corte MEP se situaría en la parte superior de la fresa para que pudiera mecanizar simultáneamente el diámetro del agujero y desbarbar los cantos vivos de entrada.

Retos de los materiales

Respecto a las características de mecanizado, muchos materiales utilizados en el sector aeronáutico suponen retos adicionales en la eliminación de rebabas y chaflanado de sus cantos. Por ejemplo, las aleaciones con base níquel utilizadas en los componentes del motor son duras y son malas conductoras de calor. Así, la herramienta de corte absorbe el calor generado durante el proceso de corte, lo cual acelera el desgaste de la herramienta.

Por ello, al determinar la composición y la geometría de una herramienta, los fabricantes deben encontrar el equilibrio entre la preparación de arista y la dureza del filo. Un duro sustrato de metal duro puede resistir muy bien el desgaste térmico y abrasivo, pero le faltará la resistencia al impacto de un sustrato con cobalto u otros materiales añadidos para aumentar su tenacidad. Del mismo modo, una arista de corte extremadamente afilada puede ser más proclive a la rotura en comparación con una con un refuerzo u otra
preparación de arista. Los fabricantes de herramientas también perfeccionan los ángulos radiales, axiales y de la hélice, así como el recubrimiento de las herramientas, para conseguir los mejores resultados con materiales específicos de las piezas.

Tamaño de la herramienta

Para mecanizar agujeros y cantos grandes, los fabricantes pueden diseñar herramientas de cualquier tamaño para las cuales el proveedor pueda suministrar una placa de tamaño suficiente. No obstante, en el rango de menor tamaño existen ciertos límites. Actualmente, el menor radio que puede rectificarse es de unos 0,2 mm, con ángulos de entrada y salida proporcionalmente menores.

Las herramientas para MEP personalizadas cuentan con radios, chaflanes, ángulos y combinaciones específicas de estas características. Normalmente las herramientas presentan aristas de corte con chaflán.

Sin embargo, también se dispone de herramientas de punta esférica para perfilar los elementos de un componente cuya geometría dificulte el acceso de una herramienta MEP con chaflán.

MEP como parte de la operación

Para aumentar la precisión y la coherencia, y ahorrarse el tiempo que se tarda en trasladar piezas de una máquina a otra, los fabricantes suelen llevar a cabo el MEP como parte de la verdadera operación de mecanizado del elemento de la pieza.

Normalmente, el desbarbado se lleva a cabo una vez completadas todas las operaciones de mecanizado. El programa CAM dirige las herramientas de MEP para desbarbar todos los agujeros y romper los cantos vivos de forma secuencial. Algunas herramientas MEP pueden utilizarse para desbarbar diversos agujeros, y ciertas herramientas de perfilado pueden aplicarse a tres o cuatro ubicaciones o elementos distintos, como la parte inferior de un agujero o la parte inferior de un contorno de rebaba.

Para asegurarse de que el perfilado del canto se efectúa en la ubicación correcta y en la medida adecuada, el agujero o elemento correspondiente debe definirse o medirse antes de que comience la operación MEP. Cuando las tolerancias de las piezas son muy estrictas, la ubicación de la superficie de la pieza está bien definida, y puede que no sea necesaria una medición durante el proceso. Sin embargo, cuando las tolerancias son amplias, es necesaria una medición tras el mecanizado inicial para determinar la ubicación del canto o del elemento que se va a perfilar.

Además, se debe medir y situar la propia herramienta para asegurarse de que perfilará la pieza correctamente. Como los radios de las herramientas son tan pequeños (incluso imposibles de medir con fines prácticos), la longitud de la herramienta se especifica en el programa CAM. El operador puede confirmar la longitud de la herramienta fuera de la máquina con un dispositivo de prerreglaje, o en la máquina con un láser o un palpador. El avance se calcula en relación a las dimensiones medidas de los elementos de la pieza y la herramienta. Los fabricantes miden al 100 % las herramientas de desbarbado personalizadas más sofisticadas a una tolerancia de 40 micras en el perfil de la herramienta, incluido el salto.

La operación de desbarbado o chaflanado debería considerarse una etapa final, centrada principalmente en la calidad. La productividad siempre es importante, especialmente en el caso de los componentes del sector aeronáutico que cuestan cientos de miles de euros, obligar a la herramienta a maximizar el rendimiento puede tener repercusiones negativas y muy caras. La coherencia, la fiabilidad y la eliminación de las piezas defectuosas son esenciales.

Considerado como una operación de mecanizado, el MEP utiliza el programa CAM de una pieza que dirige las herramientas hacia el desbarbado de todos los agujeros y la rotura de las aristas vivas de modo secuencial. A menudo, algunas herramientas MEP pueden aplicarse a tres o cuatro ubicaciones o elementos distintos de la misma pieza.

Conclusión

Las piezas con rebabas y cantos vivos que no cumplen las especificaciones se consideran cada vez más residuos costosos. Esto resulta muy evidente en el sector aeronáutico, pero es una tendencia creciente en aplicaciones clave de los sectores médico o la energía, entre otros. Los fabricantes necesitan un método para desbarbar los componentes y perfilar los cantos de las piezas que sea coherente, documentable y económico. El MEP satisface esta necesidad, puesto que sustituye a operaciones manuales que, independientemente de la habilidad de quien las efectúe, pueden resultar incoherentes entre piezas y son caras en cuanto a mano de obra, configuración y costes de manipulación de piezas. Algunos clientes finales ya se niegan a aceptar el desbarbado manual, puesto que no puede documentarse ni certificarse.

El MEP más eficiente y económico representa una combinación de evolución en el diseño y experiencia en aplicaciones. Los fabricantes de herramientas que ofrezcan esta solución completa contribuirán a agilizar el proceso de fabricación para el sector aeronáutico (así como procesos similares de otros sectores clave) y crearán nuevos niveles de calidad y productividad.

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MEP en acción

El perfilado, mecanizado, está suponiendo una ventaja para los fabricantes en diversas aplicaciones.

Existe el caso de un fabricante que estaba fabricando un componente en material inoxidable 303 en una máquina de doble husillo. A medida que el volumen de piezas y el tamaño de los lotes crecieron, también creció la necesidad de una mayor productividad. Las operaciones estaban desequilibradas y tardaban demasiado tiempo: el 90 % del mecanizado se llevaba a cabo en el husillo principal, y era necesario el desbarbado manual de la parte inferior de la pieza, lo cual requería una configuración adicional. Cuando el fabricante empleó una herramienta MEP de metal duro diseñada a medida en el husillo secundario de la máquina, pudo perfilar ambos lados de los agujeros para pernos de la brida de la pieza simultáneamente. El tiempo de mecanización entre ambos husillos se equilibró, y el tiempo de ciclo se redujo significativamente. El uso de la herramienta MEP también eliminó la necesidad de un desbarbado manual y el ajuste y tiempo adicional que requería.

En otro caso había que elegir entre chaflanado o radio. Algunas piezas no presentan requisitos específicos para el procesamiento de un perfil mediante un estilo determinado de herramienta. Sin embargo, un fabricante descubrió que, al aplicar radio en lugar de chaflán, la vida útil de la pieza era tres veces más prolongada que la de una pieza chaflanada. Una diferencia aparentemente pequeña en la selección de la herramienta aumentó significativamente la calidad de la pieza.

Por último, una operación de fabricación del sector aeronáutico en un disco de hélice en TiAl-4V representa un ejemplo de aplicación de una herramienta de contorneado MEP. Un fabricante utilizó una herramienta de perfilado de metal duro ensamblada en un soporte térmico para mecanizar el disco. El acabado superficial era pobre en algunas zonas en torno al disco y al radio de ranura, y el problema resultaba incoherente y variaba en cuanto a rigor y frecuencia. El fabricante aplicó una fresa de metal duro con recubrimiento de diámetro 10 mm con corte central y 10 dientes, con una hélice a derechas de 30?. La herramienta eliminó los problemas de acabado superficial y fue capaz de acabar ambos lados del disco en un periodo de tiempo mucho más corto.

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