Mecanizar moldes de precisión

La de los moldistas es obviamente una categoría. Pero sería un error considerarla una categoría homogénea a los efectos de las tecnologías de mecanización. Cada moldista tiene exigencias y especificaciones propias que requieren, a menudo, tecnología dirigida. En este escenario, recobran particular interés las tecnologías destinadas al trabajo de los moldes de precisión.

Este modelo esta concebido para producir moldes de precisión

La LX de Matsuura, representada en España por Maquinser, Maquinaria y Servicios S.A., es una línea de centros de mecanizado vertical de alta velocidad, concebida expresamente para responder a las exigencias de los moldistas que producen moldes de precisión de pequeñas y medianas dimensiones.

"La japonesa Matsuura —explica el director de la firma, Antonio Postigo– es una empresa de medianas dimensiones (según el estándar local), de carácter familiar, económicamente sólida y tecnológicamente avanzada.

Caracterizada por una única y sólida orientación productiva, Matsuura produce solo centros de mecanizado horizontal, vertical y de cinco ejes. Este enfoque le ha permitido una especialización muy elevada en este sector".

En España está representada, desde hace unos veinticinco años, por Maquinser. Pero es importante subrayar que más que una representada se puede hablar de una verdadera y fuerte asociación concreta. Matsuura tiene un nombre y una historia consolidados en la tecnología de la mecanización de alta velocidad para moldes de alta precisión con materiales templados, que se desarrolla a partir de los primeros años ochenta.

A este sector (y al sector aeronáutico) se les ha unido, con el paso del tiempo, otro mercado, el de la elevada producción, muy interesado por las buenas prestaciones de las máquinas Matsuura.

"La nueva línea LX está destinada a dar un nuevo impulso al sector de los moldes – explica Postigo. Esta línea nace específicamente para responder a las siguientes exigencias: reducción del tiempo de desarrollo de los nuevos productos; reducción de los costes de producción; respuesta a las nuevas exigencias ambientales; producción en cadena; mecanización de los moldes de pequeñas y medianas dimensiones, complejos y precisos. Solo hay que pensar que con esta línea es posible obtener una reducción del tiempo del ciclo de mecanizado de hasta el 60 por ciento con relación a las mecanizaciones convencionales (se han efectuado numerosas pruebas al respecto), con un notable ahorro de energía eléctrica y, por lo tanto, una obtención de una de una elevada relación prestación / coste energético, que no se podría realizar de otra manera. Se trata, por lo tanto, de respuestas concretas a los problemas reales de los moldistas. Sobre esta base podemos afirmar con seguridad que la línea LX representa actualmente una obra maestra en temas de alta velocidad y de alta precisión"

El centro de mecanizado LX-1 se caracteriza por:

• un desplazamiento del eje X = 500 mm,

• un desplazamiento del eje Y = 500 mm,

• un desplazamiento del eje Z = 300 mm,

• una mesa de trabajo de 540 x 320 mm con una carga máxima de 500 Kg.,

• una velocidad de rápido sobre los ejes X – Y – Z de 90.000 mm/min,

• una aceleración de 1,5 g.

Su configuración está compuesta de un "gantry" especial que representa una simbiosis optimizada, gracias también al amplio recurso del método FEM y FEA, de estructuras realizadas con varios materiales (hierro fundido y aluminio).

El resultado de esta optimización ha llevado al desarrollo de una amplia base de hierro fundido nervado, muy rígido y muy pesado (5.000 Kg), de un transversal y de un cabezal que soporta la línea husillo, completamente en aleación de aluminio.

"Es sabido que una estructura muy estable – prosigue Postigo – es fundamental para la obtención de una elevada precisión y de una elevada fiabilidad, sobre todo cuando se deben efectuar trabajos a altísima velocidad y con una aceleración elevada. Por esto se han desarrollado un transversal y un cabezal muy compactos y muy ligeros, pero al mismo tiempo, extremadamente rígidos con una distancia mínima entre la línea del husillo y la guía del eje Z. Para incrementar la estabilidad del cabezal y la obtención de una elevada respuesta dinámica, se han predispuesto dos cilindros de equilibrado que permiten evitar cualquier deformación causada por el peso del cabezal moviéndose a las altas velocidades de trabajo previstas.

También han sido importantes la elección de una estructura "gantry" especial y el movimiento de la mesa de trabajo sobre un solo eje.

Los movimientos sobre todos los ejes se han realizado sobre guías lineales que aseguran una precisión de posicionamiento inferior a las 2 micras; rodillos de doble contacto (superior e inferior) sobre todos los ejes permiten transferir la rigidez de la base a la rigidez de las guías en movimiento.

Accionamiento de husillo: un motor rotativo convierte el movimiento en lineal

Accionamiento lineal: se emplea directamente el movimiento lineal

La máquina está equipada con motores lineales sobre todos los ejes.

"Los motores lineares – comenta el Sr. Postigo – han sido una elección obligada. De hecho, la transmisión directa de la fuerza permite alcanzar la máxima dinámica y, al mismo tiempo, una velocidad elevada, prácticamente sin juego y sin sobrealargamientos. Se elimina también el desgaste mecánico de los componentes del motor (debido a la ausencia de elementos cinemáticos sujetos al desgaste), los movimientos resultan suaves y disminuye drásticamente la necesidad de lubrificación de tipo convencional que puede ser, por fin, eliminada en el caso de las guías (sistema Matsuura).

Se sabe, por otro lado, que el principio de funcionamiento de los motores sincronizados implica un fuerte calentamiento de la primera parte. Pero gracias a la particular configuración de la máquina, a sus características de termosimetría (que permiten evitar deformaciones estructurales respeto al plano de trabajo y a la línea del husillo), a la combinación de los materiales y al sistema de enfriamiento del cual están dotados los elementos de los motores lineares, la LX-0 está en posesión de una elevadísima estabilidad y por lo tanto de una elevadísima precisión. Puede alcanzar altas velocidades en rápido (90.000 mm/ min), con aceleraciones y deceleraciones igualmente altas (1G) sobre un husillo que, con configuraciones standard, puede llegar a una velocidad de hasta 40.000 rpm. Se puede decir, por otro lado, que en general, con un sistema de movimiento convencional con tornillo de rodamientos de bolas, el error de circularidad presenta incrementos que van correlacionados con el incremento de la velocidad de corte: con la tecnología de los motores lineales, aún en las más altas velocidades de mecanización previstas, la máquina continúa presentando la precisión prevista y una elevada calidad superficial.

La máquina posee una construcción muy rígida

Por otro lado, ya que la relación entre la estabilidad de la estructura y la velocidad disponible, ya sea al husillo, ya sea sobre los motores lineares, implican una alta velocidad de resolución, se han utilizado escalas lineales absolutas presurizadas sobre todos los ejes, que gracias a resoluciones muy bajas (5 /100 micras) permiten obtener también una recuperación de eventuales pérdidas de precisión. De las pruebas efectuadas, el error de circularidad sobre un radio de 100 mm y con un avance de 12.000 mm/min es inferior a 1 micra.

La precisión de las piezas y la calidad del acabado superficial obtenidos con la LX-0 permiten eliminar el tiempo necesario para la operación de pulido. La constancia de precisión sobre toda la superficie de trabajo, permite, de hecho, la utilización de herramientas de diámetro pequeño de valores hasta 0,4 mm con la obtención de una rugosidad Rmax= 2,21 micras".

Matsuura desde hace unos veinte años utiliza husillos Hi-Tech con cojinetes de esfera cerámica. La LX-1 está equipada standard con un husillo BT30 con sistema de doble contacto, con un campo de velocidad de hasta 40.000 rpm y una potencia de 2,2 – 3,7 rpm que alcanza en 2 segundos. El sistema de lubrificado de los cojinetes cerámicos se efectúa con un nuevo sistema de aire / aceite que asegura un funcionamiento muy silencioso y por lo tanto bajo ruido de la máquina en funcionamiento.

"También en lo referente al cono de ataque –dice el director de Maquinser– Matsuura ha creado una solución muy actual, que, aunque manteniendo la rigidez del sistema de cono, pudiera también contar con un doble contacto".

Esta solución, que el mercado ha plenamente aceptado, consiste en utilizar conos clásicos BT30 pero cuando hace falta, para trabajos de mayor precisión, permite también utilizar conos del tipo "Plus" con un doble contacto, ya sea sobre la parte cónica, ya sea sobre el plano. Gracias a esta solución toda la rigidez del sistema viene transferida sin variación a la punta de la herramienta.

El almacén de herramientas que se encuentra puesto lateralmente al husillo está compuesto de un sistema de rueda con 30 herramientas estándar (en opcionales la solución con 50 herramientas). Para la operación de cambio de herramientas automático, la nariz del husillo efectúa un desplazamiento muy limitado (120 mm) hacia la zona de cambio de herramientas, deposita la herramienta, el almacén de herramientas gira y el cabezal vuelve a poner la nueva herramienta; de este modo el cambio de herramientas se puede hacer velozmente, ganando tiempo en el ciclo (alrededor de 3,8 segundos el tiempo entre viruta y viruta); el intercambio tiene lugar fuera del área de trabajo y esto evita que cualquier broza pueda contaminar las herramientas.

La nueva línea LX está destinada a dar un

nuevo impulso al sector de los moldes

La LX-1 está equipada con un CNC Fanuc, modelo Matsuura L-Tech 15i, particularmente adaptado a la gestión de las elevadas funcionalidades permitidas de los motores lineares. Este CNC está equipado con una serie de funciones tecnológicas que se derivan de la experiencia de Matsuura. El control de circularidad y de cambio en los cuatro puntos críticos de cambio de los ejes, por ejemplo, gracias a la capacidad de interpolarización nanométrica (10¯9 m) (sistema nanoprecisión) y a la elevada precisión de las escalas lineares, es capaz de asegurar una precisión de posicionamiento muy elevada. Con un chequeo de las posiciones en intervalos de 0,0001 mm, el posicionamiento sobre todos los ejes se mantiene entre 0,0002. De esta manera, la capacidad mesurada en términos de proceso entero sobre los tres ejes también mantiene una estabilidad muy elevada.

El sistema de evacuación de virutas se ha desarrollado a propósito teniendo particularmente en cuenta no tan solo el volumen de viruta transportada (se trata de trabajos de semiacabado y acabado), sino también las dimensiones de la viruta que, en la mecanización de los materiales templados, forman pequeños alfileres que pueden ser muy nocivos por su elevada dispersión. Para evitar daños, las guías del eje "Y", hacia las cuales se dirige la mayor parte de la viruta y la broza, están cubiertas con un doble sistema de cobertura en acero, un sistema superior de "pagoda" y un sistema inferior de pantógrafo. Este último permite la apertura y cierre de la cobertura y regula la superposición de las partes. Esta cobertura está unida a la estructura de la máquina por medio de sistemas de separación en bronce que permiten una baja transmisión térmica entre el continuo movimiento del pantografo y la estructura misma. Este sistema asegura una elevada protección de las guías y sobre todo de los motores lineares que, por otro lado también están sometidos a una ligera sobrepresión de aire. Un agujero en la parte inferior de la base permite la recogida de la viruta y los eventuales lubrificantes dirigiéndolos hacia la parte posterior de la máquina (en este tipo de máquinas el lubrificado preferida es normalmente la nebulización).

La dotación standard comprende, por otro lado, un sistema de enfriamiento de la línea del husillo con un frigorífico puesto a propósito en la parte posterior de la máquina, en donde el líquido de enfriamiento pasa a través de la estructura de aluminio alrededor del cartucho de la línea del husillo, un sistema de protección del husillo de sobrecargas, una cabina dotada de puertas interbloqueadas, una cobertura y una puerta de acceso para el almacén de herramientas.

En opciones, es posible dotar la máquina de un husillo de 60.000 rpm, de un 4º eje para la mesa, de un extractor en espiral para las virutas, de un sistema de enfriamiento de alta presión del husillo, de sistemas de medida "en proceso", de sistemas de control de rotura y largo de los utensilios, de un set para funciones extras del CNC, de interpolarizaciones Nurbs y otros. En la versión más grande, el modelo LX-1 que presenta desplazamientos X-Y-Z iguales a 500 x 500 x 300 mm y una superficie de la mesa igual a 700 x 500 mm, gracias a la posibilidad de dotación de un sistema de cambio de pallet es posible mecanizar en turnos continuados, sin ninguna pérdida de precisión.

"La LX-1 —concluye Ghilardi— es una máquina que por sus particulares características, un eje X de 330 mm, una estructura de base mucho más amplia que el área de trabajo, una composición de materiales muy costosa, ya sea desde el punto de vista de la construcción, ya sea desde el punto de vista del montaje, una utilización de los motores lineares sobre todos los ejes, un husillo que permite una relación optima entre los avances de trabajo consentidos y las elevadas velocidades de corte, no es apta para todos los moldistas en general. Pero es particularmente apta en la mecanización de moldes pequeños y mediano/pequeños, muy precisos, ya sea como geometría que como forma, es decir, cuando el contenido económico y técnico del molde es elevado.

Aplicaciones típicas son: la telefonía móvil, la electrónica, el trabajo del platino, el moldeado de particulares técnicas complejas en plástico, la construcción de piezas de precisión para los niños y muchos otros sectores. Las referencias de aplicación en el sector de los moldes son muchas, también porque por parte del cliente hay una elevada fidelización: quien adquirió una máquina Matsuura hace veinte años, seguramente ha ampliado su número de máquinas con otra máquina Matsuura. Para finalizar, algunos comentarios sobre nuestra empresa. De la relación entre Maquinser y Matsuura, ya hemos dicho al principio que, es muy efectiva y concreta.

El objetivo de Maquinser es poner a los propios clientes en condiciones de alcanzar el éxito en la industria. Los principales puntos fuertes de la estructura son: un soporte a las ventas que se ocupa también del estudio de las aplicaciones; un equipo dedicado a la formación de los clientes; una red de asistencia técnica formada por 10 técnicos especializados en la puesta a punto y en la utilización de las máquinas con utensilios CNC. Todos estos son factores que, puestos al servicio de máquinas de elevada calidad, nos sitúan en la "pool position" para poder responder adecuadamente a las demandas de los moldistas más exigentes"