La combinación de diferentes procesos de fabricación suele ser rentable para las empresas manufactureras. Esto también se aplica a las tecnologías de rectificado y mecanizado de precisión. Si se añaden los modernos conceptos de automatización y digitalización, se puede lograr un aumento significativo de la productividad, lo que se traduce en una mayor competitividad.
GrindingHub, la feria internacional focalizada en la tecnología de rectificado, proporcionará una visión general del mercado de las tecnologías de producción en este entorno del 17 al 20 de mayo en Stuttgart.
Máquinas híbridas para numerosas soluciones de fabricación
Las grandes cantidades de unidades, la enorme presión de los costes y la precisión de los procesos de producción son algunos de los principales retos a los que se enfrentan los fabricantes de engranajes. Y estos van a aumentar en el futuro, porque los cambios en la industria del automóvil están teniendo un fuerte impacto en este sector. El objetivo es producir muchas más variantes de transmisión en el futuro. ¿Cómo afrontan las empresas este reto? El fabricante de maquinaria Emag GmbH & Co. KG, con sede en Salach, en el suroeste de Alemania, ha respondido a esta cuestión con su serie de nuevo desarrollo. Su gran punto fuerte es que, al combinar el rectificado, el torneado y otros procesos (incluida la automatización), permite llevar a cabo numerosas soluciones de fabricación. Así, puede encargarse del mecanizado completo de los componentes de la transmisión.
El mecanizado combinado consistente en el torneado en duro y el rectificado garantiza un procesamiento rápido y una alta calidad de mecanizado. Foto: Emag.
La empresa ha añadido otra máquina a su cartera: es más grande y está diseñada para componentes de hasta 350 mm de diámetro. Por primera vez, también ofrece la opción de integrar un husillo de rectificado con eje giratorio NC. Esto puede incluir una muela cilíndrica, por ejemplo, que puede utilizarse para rectificar orificios internos. “Estamos hablando de procesos de fabricación con tamaños de lote más pequeños, que inevitablemente incluyen muchos procesos de cambio”, explica Markus Isgro, del departamento de comunicación de Emag. “En estos casos, por supuesto, es útil que se incluya en la máquina desde el principio una serie de husillos de rectificado diferentes. Para ello se reserva suficiente espacio en el espacio de trabajo. Así se puede configurar para todas las tareas”. Esto significa que el mecanizado duro convencional de las ruedas dentadas y de muchas otras piezas de los mandriles con un cono interno puede realizarse en la propia máquina herramienta, desde el torneado duro de las superficies planas hasta el desbaste del agujero y el cono sincronizador externo para rematar los contornos. “Emag estará encantada de responder a cualquier pregunta que los visitantes puedan tener sobre las tecnologías de mecanizado híbrido en GrindingHub 2022”, afirma Isgro.
Máquina de torneado y rectificado de Emag. Diferentes procesos de mecanizado en duro en piezas de mandril de hasta 350 milímetros de diámetro se ejecutan consecutivamente en una única configuración. Foto: Emag.
Mayor fidelidad superficial y rentabilidad
El avance de los procesos de fabricación aditiva es inevitable, ya que aportan toda una serie de ventajas impresionantes. Además de aumentar la productividad al permitir una producción flexible y eliminar la necesidad de fabricar herramientas convencionales, la gran variedad de posibilidades de diseño geométrico también permite el procesamiento de componentes muy complejos. El alto grado de flexibilidad garantiza que ahora se puedan producir cantidades pequeñas y medianas mediante la impresión 3D industrial. Sin embargo, en muchos casos sigue siendo necesario el posprocesado. Dependiendo del componente y del proceso, puede ser necesario eliminar las estructuras auxiliares y de soporte utilizadas durante el proceso aditivo.
Ventajas de las soluciones de fabricación híbrida: Los diferentes procesos de mecanizado pueden combinarse de forma flexible e integrarse perfectamente en la producción en una sola configuración. Foto: Supfina Grieshaber.
En caso contrario, hay que realizar operaciones de acabado superficial como el fresado, el rectificado o el superacabado y la inspección de los componentes. También es posible realizar otros procesos, como la limpieza y el marcado de los componentes, así como todo el proceso de manipulación, incluida la clasificación y el embalaje. Sin embargo, para lograr una mayor eficacia, es necesario incorporar tanto la fabricación aditiva como la sustractiva en un sistema híbrido. Los requisitos de posprocesado deben tenerse en cuenta desde el principio al crear el modelo 3D. Aplicar demasiado material conlleva un aumento de los costes, mientras que demasiado poco dificulta o imposibilita el posprocesado de la pieza. Lo ideal es que haya una integración directa de los datos en toda la cadena de procesos. En la práctica, esto significa que los procesos se coordinan con precisión y se llevan a cabo sin necesidad de manipular la pieza. Las soluciones automatizadas y asistidas por robots, como la innovadora célula de fabricación para el acabado superficial automatizado de Supfina Grieshaber GmbH & Co. KG, con sede en Wolfach, en la Selva Negra, están diseñadas precisamente para este fin. Los procesos pueden combinarse de forma flexible e integrarse perfectamente en la producción con una sola configuración. De este modo, se consigue una alta fidelidad superficial y una mayor rentabilidad. Los especialistas de Supfina también expondrán en Stuttgart y estarán encantados de proporcionar más información.
La cartera de Supfina incluye una innovadora célula de fabricación para el acabado flexible de componentes asistido por robots. Foto: Supfina Grieshaber.
Producción de herramientas altamente eficiente basada en el mecanizado combinado
En la actualidad se están desarrollando herramientas cada vez más complejas y precisas de diferentes materiales que plantean retos para la fabricación de rectificadoras de herramientas. “No todos los materiales o combinaciones pueden procesarse completamente sólo con el rectificado”, explica Siegfried Hegele, director de producto de aplicaciones de Walter Maschinenbau GmbH, Tübingen. “También se necesitan tecnologías como la electroerosión o el láser, incluidos los sistemas de medición. Como proveedores de sistemas y soluciones, Walter y Ewag son proveedores únicos de soluciones para todos los requisitos del mecanizado de herramientas. Éstas también se expondrán en GrindingHub”.
Para el rectificado de los asientos de las placas se requiere una máquina herramienta con un rendimiento superior del husillo. Foto: Walter Maschinenbau.
La fabricación de una herramienta de fresado con punta de PCD (diamante policristalino), por ejemplo, implica varios pasos. En este caso, una herramienta de carburo sinterizado se somete primero a un rectificado cilíndrico. A continuación, se rectifican los espacios para las virutas. Para llevar a cabo estas operaciones de forma eficaz se necesita una máquina con una gran potencia de husillo. El siguiente paso consiste en rectificar los asientos de las placas en los cuerpos de metal duro. A diferencia del principio, aquí se requieren altas velocidades debido a los pequeños pines de rectificado. Antes de proceder a la soldadura, primero hay que comprobar si se han respetado las tolerancias durante los procesos de rectificado. Lo ideal es hacerlo con una máquina de medición automática CNC. El siguiente paso consiste en soldar las placas de PCD precortadas de un lecho circular de PCD en los asientos de las placas. Aquí, el diamante policristalino se calienta brevemente hasta alcanzar una temperatura cercana a la grafitización. A continuación, hay que limpiar la herramienta y decidir qué tecnología es la más adecuada para el mecanizado del PCD. En este caso, el mecanizado combinado con diferentes tecnologías, como el rectificado y la electroerosión, puede aportar importantes ventajas. A continuación, se realiza una medición final para el control de calidad.
Herramienta de fresado con carga de placas de doble filo. Foto: Walter Maschinenbau.
Reducción de tiempos, mejora de la productividad y la calidad
La combinación de procesos de fabricación también abre un nuevo potencial en la producción. La motivación clásica para el mecanizado múltiple simultáneo de una pieza en una máquina con varios husillos, por ejemplo, es reducir el tiempo del ciclo. Sin embargo, en principio, las máquinas necesarias para ello implican elevados costes de inversión y sólo resultan económicas para grandes cantidades debido a su escasa flexibilidad. Además, el mecanizado híbrido en una sola máquina puede contribuir a aumentar los niveles de calidad, productividad y fiabilidad del proceso, ya que se producen menos errores por la sujeción o el transporte de los componentes.
El mecanizado combinado con diferentes tecnologías, como el rectificado y la electroerosión, puede ofrecer a los usuarios importantes ventajas en el mecanizado de herramientas. Foto: Walter Maschinenbau.
Además de combinar la tecnología de rectificado y los procesos de corte con un filo geométrico determinado, la interacción de diferentes procesos de rectificado dentro de una misma máquina también resulta muy útil. En el caso de los engranajes, por ejemplo, cada vez se utilizan más procesos especiales de acabado para realizar el mecanizado dentro de la propia rectificadora. Hasta ahora, el acabado solía requerir equipos adicionales (para el rectificado por vibración, por ejemplo) que a menudo sólo están disponibles a través de proveedores de servicios externos. “En el pasado, cuando se fabricaban engranajes en la industria de la automoción, los elevados costes implicados hacían que rara vez se repasaran. Ahora se utilizan cada vez más conceptos de herramientas híbridas que permiten realizar tanto operaciones de rectificado como de acabado”, afirma el profesor Eckart Uhlmannhead, del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Producción y Tecnología de Diseño (IPK) de Berlín. También es miembro de la WGP (Asociación Académica Alemana para la Tecnología de la Producción), una asociación de destacados académicos del sector. “GrindingHub ha declarado recientemente su intención de funcionar como centro de información, ofreciendo múltiples oportunidades para compartir conocimientos”.
En el caso de los engranajes de mayor tamaño, la atención se centra en el uso de muelas de pulido con aglomeración elástica o herramientas de cepillado abrasivo para realizar el acabado en la propia rectificadora. El objetivo es mejorar la calidad y la productividad, así como la sostenibilidad de la cadena de procesos. Foto: Instituto de Máquinas-Herramienta y Funcionamiento de Fábricas IWF, Universidad Técnica de Berlín.
Como plataforma internacional, GrindingHub 2022 abarcará toda la tecnología de rectificado y los procesos de superacabado. El organizador VDW, en colaboración con Messe Stuttgart y Swissmem, está creando el marco necesario para ello. Las rectificadoras, las rectificadoras de herramientas y los abrasivos son el centro de atención, junto con las soluciones de software, las ofertas de automatización y los servicios relacionados.
Profesor Eckart Uhlmann: “El mecanizado híbrido de componentes permite vincular de forma más eficaz la información y los datos de mecanizado. Esto es útil para la creación de gemelos digitales, por ejemplo”. Foto: Instituto Fraunhofer de Sistemas de Producción y Tecnología de Diseño (IPK).
Procesos híbridos para la creación rápida de gemelos digitales
Los flujos de trabajo de fabricación híbridos también facilitan la conexión de información y datos relacionados con el mecanizado. “Esta interconexión es útil cuando se trata de crear gemelos digitales de los procesos de fabricación y del propio componente para mejorar la eficacia de los modelos y las simulaciones y optimizar tanto el control del proceso como las herramientas”, explica el profesor Eckart Uhlmann, del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Producción y Tecnología del Diseño (IPK) de Berlín. “Además de las máquinas altamente especializadas para el mecanizado combinado, cada vez se presta más atención a las soluciones universales destinadas, por ejemplo, a convertir las rectificadoras convencionales en máquinas combinadas mediante el uso de herramientas híbridas. En las operaciones de mecanizado híbrido, los datos del proceso y su interpretación automatizada son esenciales para definir el control del proceso para cada paso de mecanizado individual, basándose en el estado inicial en cada caso.”
Antecedentes GrindingHub 2022 en Stuttgart
La primera edición de GrindingHub se celebrará en Stuttgart del 17 al 20 de mayo de 2022. Es la nueva feria líder y el nuevo centro de la tecnología de rectificado. Está previsto que la VDW (Asociación Alemana de Constructores de Máquinas-Herramienta), con sede en Frankfurt, la organice cada dos años en colaboración con Messe Stuttgart y Swissmem (Asociación Suiza de Industrias Mecánicas y Eléctricas) como patrocinador institucional.
El rectificado es uno de los 4 principales procesos de fabricación dentro de la industria de la máquina-herramienta en Alemania: en 2020, el sector produjo máquinas por valor de 870 millones de euros. Exportó casi el 80% con la mitad, aproximadamente, destinadas a Europa. Los mayores mercados de venta son China, Estados Unidos y Francia. Alemania, Japón y Suiza encabezan la lista de los principales productores mundiales.
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