Comparació del fresat en dur i la electroerosió per fil per a la fabricació de matrius per cisellat

Aquest article descriu els resultats d'una comparació entre fresat en dur i electroerosió per fil per a la fabricació de matrius per cisellat. Aquest projecte va ser realitzat pel Centre de Sistemes Integrats de Manufactura de l'Institut Tecnològic i d'Estudis Superiors de Monterrey, (Campus Monterrey, Mèxic).

Figura 1.Descripció de proveta per a assajos de mecanitzat

Hi ha un gran interès dels fabricants de motlles i matrius en millorar els seus processos de tall, emfatitzant principalment el temps de lliurament. Per tal d'eliminar operacions seqüencials de tractaments tèrmics, s'estudien alternatives de procés que permetin mecanitzar els materials de les matrius en dureses d'operació. En el cas de les fulles per cisellat s'utilitzen els processos de fresat a dur i electroerosió per fil per formar els perfils necessaris en el material amb dureses de més de 55 HRC. En el context aquesta aplicació específica, aquest treball presenta els següents aspectes: a) la viabilitat tècnica del fresat en dur ib) una anàlisi comparativa de temps i costos entre el fresat a dur i la electroeroisón per fil.

Primerament, amb base a les geometries típiques dels inserts per matrius de cisallat, es va definir una proveta

representativa (vegeu Figura 1), amb una longitud de 210 mm i utilitzant el material AISI D2 (C al 1,50%, Cr al 12%, V al 0,90%, i Mo al 0,75%, equivalent al X155CrVMo12 o WNr. 1.2379) amb duresa entre 56 i 59 HRC. També es van definir els paràmetres de tall a utilitzar durant els assajos de mecanitzat (veure Figura 1). Tots els resultats i anàlisis que es presenten a continuació estan basats en aquesta proveta representativa dels inserts per fulles de cisellat.

Els assajos de mecanitzat es van realitzar amb maduixes enterizas microgra (0,5 a 0,8 micres) JABRA JH-120, amb 10 mm de diàmetre, 4 talls i un recobriment PVD anomenat MEGA. Tots els talls van ser realitzats amb interpolació lineal, en direcció climb Milling i amb un pas radial de 0,336 mm. No es va utilitzar refrigerant. Es va utilitzar aire a pressió per a evacuació de ferritja. Les eines es van muntar a través d'adaptadors HSK-63 de boca LINDEX en un centre de mecanitzat FURA KX-10 amb controlador SIEMENS 840D (vegeu Figures 1 i 2).

Figura 2. Descripció del muntatge experimental per a assajos de mecanitzat

Per tal d'establir el model Taylor de vida d'eina, es van realitzar assaigs de mecanitzat amb dues rèpliques per a cada condició de velocitat de tall, utilitzant procediments ISO per mesurament de desgast mitjançant microscopi òptic (veure figura 3). Les dades del desgast del flanc reportats són la mitjana dels quatre talls de l'eina. L'absència de despostillamientos en els talls mostra l'estabilitat obtinguda en el procés de fresat a dur (la fotografia per microscopi electrònic de rastreig en la figura 3, mostra del desgast de flanc uniforme).

Prenent un criteri de desgast màxim de 150 micres, amb 90 m / min de velocitat de tall (corresponent a 2,864 rpm), la vida de l'eina és d'aproximadament 13,95 minuts (49 passades amb pas radial de 0.336 mm). Sota el mateix criteri, a 120 m / min, la vida de l'eina és aproximadament de 6,55 minuts (equivalent a 31 passades) ia 150 m / min, la vida de l'eina és aproximadament de 3,55 minuts (equivalent a 21 passades). Amb la velocitat de tall de 120 m / min i prenent un cost de referència per maduixa de 120 dòlars, cada passada té un cost de 3,87 dòlars. Encara que aquest cost per passada (en una longitud de referència de 210 mm) pot semblar alt, cal analitzar el cost complet del procés, tal com es descriu a continuació.

Per tal d'establir una rang de costos per als processos de fresat a dur i d'electroerosió per fil, es van realitzar anàlisis amb un cost per màquina de 40 dòlars l'hora (condicions denominades F1 i E1) i de 80 dòlars l'hora (condicions denominades F2 i E2) (veure Figura 4). El cost unitari analitzat correspon a una un insert per fulla de cisalla amb una longitud de 210 mm (sense tenir en compte processos complementaris com barrinat i rectificat).

Figura 3. Resultats de desgast per fresat en dur

Per tal d'establir una rang de costos per als processos de fresat a dur i d'electroerosió per fil, es van realitzar anàlisis amb un cost per màquina de 40 dòlars l'hora (condicions denominades F1 i E1) i de 80 dòlars l'hora (condicions denominades F2 i E2) (veure Figura 4). El cost unitari analitzat correspon a una un insert per fulla de cisalla amb una longitud de 210 mm (sense tenir en compte processos complementaris com barrinat i rectificat).

Figura 4.Distribución de costos per fresat en dur vs. electroerosió per fil

Tant per fresat en dur com electroerosió es va assumir el mateix temps de muntatge (15 min) de manera que el cost no productiu és igual per a cada procés. Per a ambdós processos es va considerar la fabricació d'un insert utilitzant una passada de desbast i una passada d'acabat. Per al cas de fresat en dur, es va prendre la vida d'eina corresponent a una velocitat de tall de 120 m / min. Per a la electroerosió per fil es van prendre velocitats de tall típiques (desbast: 6.050 mm2/hy acabat: 3.225 mm2 / h).

Amb el fresat en dur, aquesta anàlisi mostra que la proporció de cost per màquina és molt reduïda, mentre que el cost de consumibles (eines de tall) representa una proporció significativament alta. Això es deu al fet que el fresat en dur es pot realitzar amb una velocitat d'avanç d'aproximadament 1.000 mm / min (per a la velocitat de tall de 120 m / min), obtenint una productivitat alta durant el tall i demanant molt poc temps de màquina (menys d'1 min per a dues passades). D'altra banda, amb la electroerosió per fil, la proporció de cost per màquina és alta, mentre que el consumible (fil) representa una porció petita del cost. Sota les condicions analitzades, el cost unitari total és més reduït per al procés de fresat en dur. A més, el temps de producció per inserit per cisellat també és més reduït per fresat en dur (16 min vs. 57 min per a la electroerosió per fil).

Els resultats d'aquest estudi es poden resumir en els següents punts (aclarint que aquestes conclusions només són directament vàlides per a la combinació del material de treball AISI D2 a 56-59 HRC, l'eina JABRA JH-120, les condicions analitzades aquí): a ) el fresat en dur proporciona condicions de mecanitzat estables, sense despostilladuras en els talls de l'eina de tall, b) el fresat en dur produeix una nivell de productivitat molt superior a la electroerosió per fil, c) el cost unitari per fresat en dur en més baix comparat amb electroerosió per fil. Com a continuació del treball reportat aquí, actualment s'estan analitzant els següents aspectes del fresat en dur: a) potencials afectacions de microestructura cap al material de treball ib) rugositat superficial.

Aquest treball va ser realitzat amb patrocini del Consell Nacional de Ciència i Tecnologia (projecte # 33006) de Mèxic, l'empresa OPM del Japó i Mèxic, i el fabricant d'eines Jabra Tools d'Holanda. Els resultats presentats aquí es deriven de la tesi de Mestratge en Sistemes de Manufactura realitzada per l'enginyer Raúl Hernández (Impacte del Fresat en Dur per a la fabricació de Inserits en Atès Tallador - Perfils Rectes en Acers de Eina D2) i d'un projecte de fi de carrera realitzat pels estudiants Jorge Viramontes i Rogelio de la Garsa.