El Mecanizado de Alta Velocidad en Tekniker

Este interés por la alta velocidad se ha concretado en el Centro de Aplicaciones de Mecanizado a Alta Velocidad que posee Tekniker en su sede de Eibar (Guipúzcoa).

En la actualidad el centro proporciona servicios orientados a los sectores del molde y la matriz, automoción y sector aeronáutico. Sus servicios, según la información que ofrece el mismo Tekniker incluyen los siguientes puntos:

Análisis objetivo de las necesidades Determinación de las características de la máquina a emplear. Selección de las herramientas y los parámetros de corte. Asesoramiento en torno a las prestaciones exigibles al sistema CAD/CAM Asistencia a lo largo de todo el proceso de implantación de la aplicación. Los planes de formación

Esto ha servido tanto para difundir y enseñar a las empresas cómo se hacen las cosas en alta velocidad como para que el mismo Tekniker haya ido adquiriendo experiencia en este campo, a través de proyectos que el centro ha tratado también de difundir.

La actividad de este centro tiene su importancia si se considera que la migración a la alta velocidad es un proceso difícil para el fabricante, ya que requiere cambios importantes en la planta, una costosa inversión en maquinaria y software, además de una formación cualificada del personal.

Los fabricantes de herramientas han resultado ser uno de los colectivos más interesados en la alta velocidad, de cara a adaptar sus productos a este tipo de mecanizado. ¿Cómo se comporta su herramienta? ¿Tiene la geometría adecuada y el recubrimiento correcto? o ¿en qué velocidades se comporta mejor? son algunas de las preguntas que buscan respuesta en el Centro de Aplicaciones de Alta Velocidad de Tekniker.

Los fabricantes de máquina-herramienta también se han dirigido a Tekniker para chequear sus máquinas (rigidez, vibraciones...) y comprobar las posibilidades de sus equipos, así como los futuros usuarios de máquina-herramienta que quieren conocer qué ventajas les puede reportar esta tecnología antes de dar el salto definitivo a la alta velocidad.

Proyectos

El Centro de Aplicaciones de Mecanizado de Alta Velocidad ha participado en proyectos que consistían en aplicar la alta velocidad a algunos sectores, como podría ser el de moldes y matrices (forja, estampación, inyección de plástico y aluminio, y utillaje de precisión). En estas pruebas intervenían usuarios, algún fabricante de herramientas y fabricantes de equipos desarrollados para la alta velocidad como fijaciones o amarres especiales. Entre los que participaron en estas pruebas destacan empresas como Kondia o Kendu. También hay proyectos más enfocados al sector aeronáutico, que consiste en mecanizado de aluminio o de aleaciones de titanio, además de mecanizado multieje.

En automoción, Tekniker ha probado el mecanizado de alta velocidad en el mecanizado de aleaciones Al-Si y con base de magnesio. Respecto al sector de máquina-herramienta, el centro se ha aplicado al desarrollo de ofertas de “soluciones de mecanizado”.

Equipamiento actual

El centro trabaja en la actualidad con cuatro máquinas de creación propia, aunque su director científico, Ramón Bueno, ha avanzado que en un futuro cercano adquirirán otra máquina para mecanizar a alta velocidad. Se tratará de una máquina de cinco ejes, que complementará al modelo Seyanka que ya posee el centro. Tekniker adquirirá este equipo a un fabricante nacional que ya ha trabajado en la construcción de este tipo de maquinaria en colaboración con Tekniker.

El equipo actual de Tekniker se compone de tres fresadoras de alta velocidad, diseñadas en el propio centro, y una fresadora de cinemática paralela conocida como Seyanka (hexápodo en euskara). Estos equipos cubren una buena parte de las necesidades de mecanizado, desde materiales duros hasta las aleaciones de magnesio.

Fresadora de alta velocidad Kondia HS1000

Potencia: 17 kW. 24.000 rpm. Se trata de una fresadora de construcción convencional. Está equipada todavía con husillos a bolas pero adaptados a las necesidades de este tipo de mecanizado. Esta fresadora se utiliza para el mecanizado de piezas de acero y de titanio. Fue diseñada por los técnicos de Tekniker y construida por la empresa Kondia.

Fresadora de alta velocidad Bizkor

Motores lineales: 42.000 rpm Bizkor es una máquina mucho más rápida que la anterior. Estos movimientos tan rápidos, que no son necesarios para las piezas de acero o de titanio si se adaptan muy bien para aleaciones de aluminio, que es un material muy utilizado en el sector aeronáutico. Por otra parte, esta máquina fue concebida como un equipo de exhibición, un poco en la línea de promoción de la alta velocidad que sigue Tekniker. Es por esto que Bizkor incorpora motores lineales asíncronos, los que había en el momento en que se construyó la máquina, aunque en la actualidad se utilizan mayoritariamente los motores síncronos.

Fresadora de alta velocidad Kondia Maxim (MAGMEQ)

Motores lineales: 24.000 rpm. Esta fresadora ya incorpora los motores lineales síncronos. Para Ramón Bueno, este tipo de motores juegan con bastantes ventajas respecto a los asíncronos (ver destacado). Tanto Bizcor como esta fresadora se utilizan para aleaciones no-magnéticas, aunque esta fresadora está más especializado en aleaciones de magnesio. Este tipo de aleaciones cada vez se utilizan más en automoción porque el magnesio es más ligero que el aluminio. Sin embargo, tiene un inconveniente: produce una viruta muy fina que a alta velocidad es muy autoinflamable y no puede enfriarse por agua, ya que forma hidruros que también son explosivos.

Para mecanizar aleaciones de magnesio han de tomarse muchas precauciones y utilizar un aceite especialmente concebido.

Fresadora de cinemática Paralela: Seyanka (hexápodo)

30.000 rpm Este modelo se diseñó atendiendo a una nueva tendencia dentro de la investigación en fresadoras, se trata de las máquinas de arquitectura paralela o hexápodo, de aquí su nombre en euskara. Este tipo de equipos está basado en las plataformas Stewart. Su mecánica es más sencilla que la de las fresadoras convencionales (se trata de una configuración de seis brazos que sustituyen a los clásicos ejes) pero es más difícil de desarrollar por la complejidad matemática de los algoritmos que requiere.

Por este motivo estas máquinas han tenido que esperar a la aparición de sistemas CNC más potentes. Seyanka sigue este esquema de mecanizado a través de seis brazos móviles, con la novedad de incorporar la fijación de uno de los seis brazos.

Sus principales características técnicas son:

• Volumen de trabajo mejorado: próximo a un cubo de 500 x 500 x 500 mm
• Estructura mecánica simplificada
• Velocidad de 60 m/min.
• Aceleración de 10 m/s²
• Cabezal de 8,5 kW
• 20.000 - 30.000 rpm ø 16 mm

Seyanka (hexápodo en euskera) es la única máquina de cinco ejes que trabaja en este centro de mecanizado de alta velocidad. "La mecanización con cinco ejes es una asignatura pendiente tanto para la industria del molde como la aeronáutica". En la actualidad el equipo de Tekniker está trabajando para mejorar la precisión de esta fresadora y tiene previsto, como ya hemos comentado más arriba, adquirir una nueva máquina de cinco ejes de alta velocidad.

Software para diseño y producción

El centro de alta velocidad de Tekniker dispone también de una amplia gama de software:

• CAD: Unigraphics, PowerShape, SolidWorks, Teksoft
• CAM: Unigraphics (3 y 5 ejes), Power Mill
• CAM: HiMill, Teksoft
• Digitalizado, CopyCad

Los motores lineales síncronos representaron una evolución cualitativa respecto a la anterior generación de motores asíncronos. Esto es así en dos aspectos principales: la reducción de la carga sobre las vías y el calentamiento de la máquina. En los motores asíncronos, la fuerza que actúa sobre la superficie del motor es mayor: además de la fuerza lineal (en el sentido del movimiento) hay una fuerza normal al movimiento que produce una carga extra sobre las guías, hasta el punto que esta fuerza normal es mayor que la fuerza tractora.

En el motor asíncrono, por el contrario, el valor de la fuerza normal es menor. Por otra parte, el motor asíncrono se acciona mediante corrientes inducidas que provocan un calentamiento de la máquina. Este calentamiento es inferior en el caso de los motores síncronos pr la sencilla razón que éstos están accionados mediante imanes permanentes. Sin embargo, esto también tiene inconvenientes. En un equipo accionado por motores síncronos existe una magnetización permanente de la máquina que puede ocasionar problemas con el mecanizado de materiales ferromagnéticos.