El fabricante de máquinas Fives Cincinnati considera fundamental la conexión de husillo KM4X TM de Kennametal para alcanzar nuevos niveles de arranque de metal en los últimos desarrollos de máquina herramienta es líder de la industria
¿Qué significa superioridad de producción para los fabricantes de aviones? En una palabra: millones. En el país de los gigantes, Boeing con base en EEUU vence a su rival europeo Airbus en nuevos pedidos y suministros netos en el primer trimestre de 2015. Tradicionalmente, los nuevos pedidos durante el primer trimestre suelen ir a un ritmo lento mientras que las entregas son las que generan la mayoría de los ingresos, y Boeing entregó un número récord de aeronaves durante ese periodo. Para los fabricantes de todos los tamaños y tipos de aeronaves y para toda la cadena de suministro y proveedores de piezas que trabajan con materiales difíciles de mecanizar, los retrasos en la fabricación pueden suponer cancelaciones de pedidos, y las cancelaciones pueden provocar cambios hacia otros fabricantes mejor equipados.
Un proveedor de tecnología que conoce esto mejor que nadie es Fives Cincinnati, cuya fábrica de Hebron, Kentucky, produce centros de mecanizado Cincinnati, sistemas de colocación de compuestos de fibra y máquina-herramienta Cincinnati multi husillo. Con más de 650 perfiladores en uso por todo el mundo, no hay avión comercial en vuelo que no haya pasado por un perfilador Cincinnati, dice la compañía.
La máquina Cincinnati XTi, disponible en configuraciones de pórtico de tres y cinco husillos, la última generación de estos potentes gigantes, es impresionante a muchos niveles. Diseñado para fabricantes que procesan diversos materiales, los husillos de 7000 rpm pueden cortar aluminio y acero, y los husillos de alto par (2523 Nm) están disponibles para el procesamiento de titanio y otras aleaciones duras. Conocidos como «la única plataforma multi husillo disponible para el desbaste de titanio», la documentación de la empresa afirma que el XT establece el récord de MRR (tasa de evacuación de metal) en la mecanización del titanio en más de 100 pulgadas cúbicas por minuto. Estas grandes máquinas, con recorrido de 4267 mm en el eje X (ampliable en incrementos de 3658 mm), 3683 mm en el Y y 711 en el Z, establecen nuevos récords con las conexiones opcionales de husillo KM4X100 de Kennametal Inc.
Desde el eslabón más débil hasta la característica más resistente
Tanto si se perfila en grandes máquinas de grúa pórtico como si se fresa en pequeños centros de mecanizado, el procesado de material duro como el titanio es un desafío permanente. El mecanizado de aleaciones duras además de añadir presión a la mejora de la eficacia de producción, significa maximizar la evacuación de metal a bajas velocidades de corte con importantes fuerzas de corte. Los fabricantes de máquinas herramienta como Fives responden con centros especiales de fresado y perfilado que poseen una rigidez mejorada y amortiguación de sus husillos y grandes estructuras de máquinas, todo ello para minimizar las vibraciones no deseadas que deterioran la calidad de la pieza, la producción y la vida de la herramienta. Aunque todos estos avances se suman para ofrecer una mayor productividad, históricamente el punto más débil ha sido la conexión del husillo.
La conexión herramienta-husillo, el «apretón de manos» entre la máquina herramienta y la herramienta de corte, determina cuánto material puede evacuar la máquina en una operación determinada. Esto es así porque el interface debe soportar grandes cargas y además mantener su rigidez hasta que la deflexión de la herramienta sea demasiado alta o se alcance el inicio de vibración. Los husillos deben transmitir un par considerable, pero las fuerzas de corte también generan momentos de torsión que superarán los límites del interface antes de alcanzar los límites del par motor. Esto es evidente en los trabajos de fresado frontal donde las longitudes de proyección son normalmente mayores, siendo el factor limitador la capacidad de flexión de la conexión del husillo. Por ejemplo, una fresa helicoidal intercambiable de 250 mm (9,84 pulgadas) desde la cara del husillo y 80 mm (3,15 pulgadas) de diámetro genera 4620 Nm (3407,5 libras pie) de momento de flexión y menos de 900 Nm (663,8 libras pie) de par motor al evacuar 360 cm3/min de Ti6AI4V con un RDOC de 12,7 mm y un ADOC de 63,5 mm.
La combinación de una alta fuerza de sujeción y niveles de interferencia optimizados permite a la próxima generación de conexión de husillo KM4X de Kennametal ofrecer una conexión robusta, una rigidez extremadamente alta y capacidad de carga de torsión. Para los procesadores de titanio esto significa un rendimiento enormemente mejorado en el mecanizado de aleaciones de elevada resistencia y otros materiales, permitiendo unas tasas de evacuación de metal altísimas y muchas más piezas terminadas por día.
Añade más al diseño de la máquina
El ingeniero de aplicaciones de Fives Cincinnati Robert Snodgrass junto con el Director de Cuentas de Kennametal Mike Malott empezaron a evaluar el KM4X hace aproximadamente cuatro años. «El diseño es impresionante, fue lo que nos permitió empezar a pensar que hay más cosas aparte del diseño de una máquina, y que un husillo más rígido contribuye a cumplir los requisitos del cliente de un corte de metal más eficaz y una producción mayor.»
«Recordemos que los componentes típicos de una estructura de un avión comienzan siendo una pieza de fundición de la que se retira bastante material para conseguir las especificaciones finales de la misma», dice el Vicepresidente de Kennametal, Mark Huston. «La proporción «buy-to-fly» (la relación entre el peso de la materia prima y el peso final de la pieza acabada) puede ser de 4:1, 8:1 o más, dependiendo del componente.»
La primera generación de perfiladores Cincinnati obtuvieron un MRR de cuatro pulgadas cúbicas por minuto de titanio, debido a las limitaciones del diseño de la máquina y la conexión herramienta-husillo. Con la generación XT de perfiladores Cincinnati y las conexiones de husillo HSK 125 con contacto frontal, el MRR aumentó a 50 pulgadas cúbicas por minuto. Con la KM4X100, el MRR se duplicó hasta las 100 pulgadas cúbicas por minuto.
«Incluso con 100 pulgadas cúbicas por minuto, nuestra prueba de referencia de los perfiladores XT con la KM4X quedaron muy por debajo de los límites teóricos de la máquina en cuanto a resistencia de momento de flexión», añade Snodgrass. Asimismo, indica que las pruebas de generaciones anteriores que utilizan grandes soportes de herramienta de cono CAT60 que, en comparación con las versiones de cono 50, es como conducir un tanque contra un todoterreno. La KM4X consiguió doblar la tasa de arranque de metal respecto al portaherramientas 60. En comparación con el CAT50, la HSK100 o la MK4X100, el CAT60 pesa casi el doble.
«Esto cambia muchísimo el diseño de la máquina y del husillo», dice Ken Wichman, Director de Producto de Fives Cincinnati. «Muchas máquinas de pórtico cambian la herramienta manualmente aunque esté disponible la opción automática de cambio/almacenamiento de herramienta. La resistencia aumentada de momento de flexión de la KM4X permite herramientas más ligeras en comparación con una herramienta CAT o HSK con una resistencia equivalente de momento de flexión. Desde el punto de vista ergonómico, esto supone un gran beneficio para el operador. Para los clientes que elijan el cambio/almacenamiento automático de herramienta, la KM4X más pequeña puede alojar más herramientas en un espacio determinado.»
«Estamos orgullosos de hacer que nuestros clientes sean productivos», añade el Vice Presidente de Fives Cincinnati, Mark Logan. «Una conexión de husillo más potente como la KM4X no solo cambia el nuevo diseño de la máquina sino que también potencia de forma significativa las máquinas ya existentes en este campo. Esto nos permite ofrecer unas mejoras importantes a la vez que mejora los modelos de perfiladores futuros.»
«La industria tiene que establecer nuevos estándares en la fabricación de piezas de titanio con el menor coste posible por pieza, y el perfilador XT ofrece esta posibilidad y más», dice Chip Storie, Vicepresidente Ejecutivo de Fives Cincinnati. «Con un sólido travesaño, un diseño robusto del husillo, base exclusiva y sistema de refrigeración de alta presión, esperamos superar las 100 pulgadas cúbicas por minuto de evacuación de metal. Esto cambiará la forma en que la industria se enfrenta al mecanizado del titanio.»
EXTRA: análisis del corte Bobsled
Mike Malott, Director de Cuentas Senior de Kennametal, ha pasado años sobre el terreno donde se ha ganado el estatus de «familia» en la sección de fabricación de Fives Cincinnati. También se ha dado cuenta de que el «corte bobsled» de FIVES para evaluar el rendimiento de la herramienta de corte se ha ido abriendo hueco en la industria.
«Para introducir realmente una nueva configuración a su ritmo, tuvimos que desarrollar una prueba muy exigente, algo para lo que la herramienta no estaba diseñada», dice el Ingeniero de Aplicación Robert Snodgrass.
El resultado fue obligar a una herramienta a pasar por una pieza de titanio siguiendo una curva continua y profunda, lo que viene ser un ranurado. Queríamos llegar al límite del rendimiento, sometiendo todo el tiempo a la máquina herramienta a fuerzas extremas de todas las formas posibles».
Al contrario de lo que podríamos hablar en una operación de procesado de titanio de este tipo en relación al ruido la prueba del video de Fives en YouTube, o la herramienta se estropeen. Pero tal y como prueba el video de Fives en YouTube (https://www.youtube.com/watch?v=-0pcocy4IsE), se puede procesar de forma eficaz un pequeño montón de virutas durante un corte de prueba profundo y ancho con un murmullo agradable, incluso en cinco husillos independientes. La prueba está en el rendimiento, y hay más mejoras en el horizonte.
Acerca de Fives Cincinnati
Con unos cimientos sólidos en marcas de renombre como Cincinnati, Giddings & Lewis, Forest-Liné, Liné Machines y Rouchaud, Fives es reconocida como proveedor principal de soluciones sobresalientes industriales que son el epicentro del rendimiento de sus clientes. Entre los sectores industriales importantes a los que sirve están la industria aeroespacial, de automación y camiones, de maquinaria pesada, de gas y petróleo, del ferrocarril, de energía eólica y de mecanizado general. Con las operaciones de fabricación y soporte repartidas estratégicamente por todo el mundo, Fives y sus áreas de negocio Metal Cutting & Composites ofrecen líneas completas de equipos y tecnologías incluido el montaje automatizado, la soldadura y el corte por láser, torneado, fresado, procesado de compuestos y software, con el soporte y los servicios asociados (mantenimiento, recambios, reequipamiento, reparación y actualización).
Para más información, visite www.fivesgroup.com
KennametalMás allá de la celebración del 75 aniversario como líder en tecnología industrial, Kennametal Inc. ofrece productividad a los clientes que buscan el máximo rendimiento en entornos de trabajo exigentes. La empresa proporciona productos innovadores resistentes al desgaste e ingeniería de aplicaciones y servicios apoyados en una ciencia de materiales avanzada, y presta servicio a clientes en 60 países en sectores distintos tales como el aeroespacial, los movimientos de tierra, la energía, la producción industrial, el transporte y las infraestructuras. Con aproximadamente 14.000 empleados y unas ventas cercanas a los 3.000 millones de USD, la mitad de los ingresos de la empresa procede de fuera de Norteamérica y el 40% globalmente de innovaciones introducidas en los últimos cinco años. Reconocida como una de las »empresas más éticas del mundo» (Ethisphere); »innovadora empresarial destacada» (Product Development Management Association, Asociación para la gestión del desarrollo de producto); y «empresas más seguras de América» (EHS Today) con un enfoque en la seguridad al 100%, Kennametal y su fundación invierten en educación técnica, tecnologías industriales y ciencia de materiales para llevar una promesa de progreso y prosperidad económica a personas de todo el mundo.
Para obtener más información, visite el sitio web de la compañía: www.kennametal.com
