El eurodiputado saca ventaja de la fabricación de piezas aeroespaciales

Introducción

Los fabricantes emplean operaciones de torneado, fresado y taladrado para mecanizar las características de las piezas de trabajo. Sin embargo, esos mismos procesos también pueden producir rebabas y bordes afilados no deseados en los bordes de las características. Estas condiciones de los bordes pueden provocar la rotura del material cuando la pieza está en uso, pueden debilitarla estructuralmente y pueden representar un peligro para quienes la manipulan. Estas condiciones negativas son la razón por la que muchos usuarios finales consideran las rebabas o los bordes extremadamente afilados como motivos para rechazar piezas de los proveedores.

Tradicionalmente, los fabricantes han eliminado las rebabas y los bordes afilados mediante amoladoras manuales y otros procesos manuales. Dichos métodos son lentos y requieren que la pieza se saque de la máquina herramienta y se vuelva a fijar para las operaciones de desbarbado o biselado. E incluso cuando son realizadas por artesanos expertos, estas operaciones carecen de la consistencia de proceso necesaria cuando se pasa de una pieza a otra.

Una alternativa productiva al desbarbado manual es el perfilado de bordes mecanizado (MEP). MEP elimina las condiciones de borde inaceptables mediante la aplicación de una herramienta diseñada y el mismo equipo que mecanizó las características de la pieza. El proceso MEP ofrece numerosos beneficios. Permite que la condición final del borde se defina y programe exactamente a través del sistema CAM de la máquina, lo que resulta en la máxima repetibilidad. El tiempo total de producción de piezas se reduce porque la pieza no tiene que retirarse de la máquina y reajustarse, y se eliminan el apilamiento de tolerancias y otras inconsistencias que ocurren entre una configuración y otra. En respuesta a esta tendencia, los fabricantes de herramientas de corte de hoy continúan desarrollando herramientas nuevas y productivas que mejoran los beneficios del proceso MEP.

Principales candidatos a eurodiputado

Teniendo en cuenta las demandas cada vez más rigurosas de la industria aeroespacial en cuanto a la precisión y consistencia de las piezas, los componentes de los aviones a reacción son los principales candidatos para la aplicación de MEP.

Los componentes de motores de turbinas de aeronaves, por ejemplo, generalmente se clasifican como no giratorios y giratorios. Para MEP de piezas de motor no giratorias, como tambores y carcasas, el perfilado de bordes generalmente consiste en herramientas estándar de chaflán y borde de rotura, aplicadas en el equipo que mecanizó la pieza.

Para piezas giratorias críticas, como ventiladores y discos de compresores, los usuarios finales tienen estándares más altos y exigen la eliminación completa de las imperfecciones de la superficie. Las condiciones de los bordes generalmente deben someterse a la aprobación y certificación del laboratorio. Para desbarbar estas piezas, los fabricantes de herramientas han desarrollado herramientas MEP personalizadas de alta precisión y totalmente repetibles.

Desarrollo de herramientas MEP

Las herramientas estándar de desbarbado y perfilado, como las que se aplican en componentes no giratorios, incluyen fresas de extremo de biselado de carburo sólido recubiertas con filos de corte de 45˚ y 60˚, así como herramientas que utilizan plaquitas intercambiables para producir chaflanes de 45˚ y 60˚.

Para las aplicaciones más críticas, los fabricantes de herramientas proporcionan herramientas diseñadas a la medida para perfilar bordes y eliminar rebabas específicamente en la entrada o salida de un orificio. Algunas herramientas combinan esas capacidades y pueden eliminar las rebabas laterales de entrada y salida.

Estas herramientas personalizadas a menudo presentan geometrías de corte complejas. Los más sofisticados tienen diseños de bordes que producen un chaflán con un borde redondeado que está precedido por ángulos de entrada y salida diseñados para evitar la formación de rebabas secundarias.

El desarrollo de herramientas especializadas va más allá de los filos de corte. Para perfilar rebabas y bordes en la entrada de un orificio o en la superficie superior de un componente, la investigación ha revelado que la combinación de un corte a la derecha con una hélice a la derecha es más eficaz porque sirve para eliminar el material cortado de la pieza. Por otro lado, para las rebabas de salida en la superficie inferior de una pieza, un corte a la derecha combinado con una hélice a la izquierda funciona mejor, nuevamente porque esa configuración aleja las virutas del componente.

Otros análisis de aplicaciones han indicado que las herramientas MEP diseñadas para eliminar rebabas en la parte superior o en la entrada de un orificio brindan una vida útil más larga que las herramientas diseñadas para eliminar las rebabas en la parte inferior o en el extremo de salida de un orificio pasante. Esto se debe a que una herramienta de desbarbado diseñada para atravesar una pieza para acceder a la salida del orificio será más larga y de menor diámetro que una diseñada para hacer su trabajo desde un solo lado del orificio. Una herramienta más larga y de menor diámetro es más propensa a la inestabilidad y la vibración, las cuales pueden astillar o romper una herramienta de carburo. Como resultado, la mayoría de los talleres optan por usar herramientas separadas para desbarbar los bordes de entrada y salida de un orificio en lugar de una sola herramienta que pueda hacer ambas cosas.

Las herramientas más largas y de menor diámetro también requieren más cuidado con respecto a la elección de los parámetros de corte. Una herramienta corta y resistente puede funcionar más rápido sin vibraciones u otros problemas. La geometría y las características de la pieza también marcan la diferencia. Cuando las condiciones de corte son estables y los cortes son suaves e ininterrumpidos, se pueden aplicar parámetros de corte más agresivos. Por otro lado, las características de la pieza, como los orificios de acceso que interrumpen las rutas de corte MEP, obligan al uso de parámetros más conservadores para minimizar el desgaste de la herramienta y evitar fallas prematuras.

Parte del desarrollo continuo de las herramientas MEP involucra herramientas que combinan el mecanizado de una característica con el desbarbado. Por ejemplo, el borde de corte MEP se ubicaría en la parte superior de la fresa frontal para que pudiera mecanizar simultáneamente el diámetro del orificio y desbarbar los bordes de entrada.

Retos materiales

Muchos materiales aeroespaciales, con respecto a sus características de mecanizado, presentan desafíos adicionales cuando se trata de eliminar rebabas y biselar sus bordes afilados. Las aleaciones a base de níquel utilizadas en los componentes del motor, por ejemplo, son resistentes y malas conductoras del calor. Así, la herramienta de corte absorbe el calor generado en el proceso de corte, lo que acelera el desgaste de la herramienta.

En consecuencia, al determinar la metalurgia y la geometría de una herramienta, los fabricantes de herramientas deben lograr un equilibrio entre la nitidez y la resistencia del borde. Un material de sustrato de carburo duro puede resistir muy bien el desgaste térmico y abrasivo, pero carecerá de la resistencia al impacto de un sustrato que presenta adiciones de cobalto u otro material de aleación para aumentar su dureza. De la misma manera, un borde cortante extremadamente afilado puede ser más propenso a romperse en comparación con uno que tiene un pulido u otra preparación para redondear el borde. Los fabricantes de herramientas también ajustan con precisión los ángulos de inclinación y hélice, así como los recubrimientos de las herramientas para lograr los mejores resultados con materiales específicos de la pieza de trabajo.

Tamaño de herramienta

Para el procesamiento de agujeros y bordes grandes, los fabricantes de herramientas pueden diseñar herramientas de cualquier tamaño para las cuales los proveedores pueden proporcionar una pieza en bruto lo suficientemente grande. En el lado pequeño del espectro, sin embargo, hay límites. Actualmente, el radio más pequeño que se puede rectificar es de aproximadamente 0,2 mm, con ángulos de entrada y salida proporcionalmente más pequeños.

Las herramientas MEP personalizadas tienen radios, chaflanes, ángulos y combinaciones específicas de esas características. Las herramientas comúnmente tienen bordes de corte cuadrados. Sin embargo, las herramientas de punta esférica y estilo piruleta también están disponibles para perfilar características de un componente cuyos contornos restringen el acceso de una herramienta MEP de borde cuadrado. Aplicadas en una máquina de cinco ejes, estas herramientas pueden escanear la línea de un perfil de pieza complejo y crear un radio en bordes contorneados largos.

MEP en funcionamiento 

Para maximizar la precisión y la consistencia y ahorrar el tiempo que se dedica a mover una pieza de una máquina a otra, los fabricantes suelen realizar MEP como una parte de la operación de mecanizado de características de la pieza real.

Por lo general, el desbarbado ocurre después de que se completan todas las operaciones de mecanizado. El programa CAM dirige las herramientas MEP para desbarbar todos los orificios y romper los bordes afilados en secuencia. Algunas herramientas MEP se pueden usar para desbarbar una variedad de orificios, y algunas herramientas de perfilado se pueden aplicar en tres o cuatro ubicaciones o características diferentes, como la parte inferior de un orificio y la parte inferior de un contorno festoneado.

Para garantizar que el perfilado del borde se realice en la ubicación correcta y con la cantidad adecuada, el orificio o la característica involucrada debe definirse o medirse antes de que comience la operación MEP. Cuando las tolerancias de la pieza son muy estrictas, la ubicación de la superficie de la pieza está bien definida y la medición durante el proceso puede ser innecesaria. Sin embargo, cuando las tolerancias son generosas, es necesario medir después del mecanizado inicial para determinar la ubicación del borde o la característica a perfilar.

Además, la herramienta en sí debe medirse y ubicarse para garantizar que perfilará la pieza correctamente. Debido a que los radios de la herramienta son tan pequeños y, a efectos prácticos, imposibles de medir, la longitud de la herramienta se especifica en el programa CAM. El operador puede confirmar la longitud de la herramienta fuera de la máquina con un preajustador o en la máquina a través de un láser o una sonda de contacto. Las velocidades de avance se calculan en relación con las dimensiones medidas de las características de la pieza y la herramienta. El fabricante mide al 100 % las herramientas de desbarbado personalizadas más sofisticadas con una tolerancia de 40 micrones en el perfil de la herramienta, incluido el descentramiento.

La operación de desbarbado o biselado debe considerarse como una pasada de acabado, con el enfoque principal en la calidad. La productividad siempre es importante, pero especialmente en el caso de los componentes aeroespaciales que cuestan cientos de miles de dólares, impulsar la herramienta para maximizar la producción puede tener repercusiones negativas y costosas. La consistencia, la confiabilidad y la eliminación de piezas de desecho son primordiales.

Conclusión

Las piezas con bordes afilados y rebabas fuera de las especificaciones se consideran cada vez más chatarra costosa. Esto es muy evidente en la industria aeroespacial, pero es una tendencia creciente en algunas aplicaciones críticas dentro de las industrias médica, energética y de otro tipo. Los fabricantes necesitan un método para desbarbar componentes y perfilar bordes de piezas que sea uniforme, documentable y rentable. El perfilado de bordes mecanizados (MEP) satisface esa necesidad porque reemplaza las operaciones manuales que, sin importar cuán hábilmente se realicen, pueden ser inconsistentes de una pieza a otra y son costosas en términos de gastos de mano de obra, configuración y manejo de piezas. Algunos usuarios finales ya han prohibido el desbarbado manual porque no se puede documentar ni certificar.

El MEP más eficiente y rentable representa una combinación de desarrollo de ingeniería y experiencia en aplicaciones. Los fabricantes de herramientas que ofrecen una solución total de este tipo ayudarán a optimizar el proceso de fabricación aeroespacial (así como procesos similares en otras industrias críticas) y producir nuevos niveles de calidad y productividad.

MEP en acción

El perfilado de bordes mecanizado beneficia a los fabricantes en una variedad de aplicaciones.

En una situación, un fabricante estaba produciendo un componente de acero inoxidable 303 en una máquina de dos husillos. A medida que crecía el volumen de piezas y el tamaño de los lotes, también aumentaba la necesidad de aumentar la productividad. Las operaciones eran desequilibradas y consumían mucho tiempo:el 90 % del mecanizado se realizaba en el husillo principal y se requería el desbarbado manual de la parte inferior de la pieza, lo que requería una configuración adicional. Cuando el fabricante aplicó una herramienta MEP de carburo sólido de diseño personalizado en el subhusillo de la máquina, permitió perfilar ambos lados de los orificios para pernos de la brida de la pieza al mismo tiempo. El tiempo de mecanizado entre los dos husillos se volvió más equilibrado y el tiempo de ciclo se redujo significativamente. El uso de la herramienta MEP también eliminó la necesidad de desbarbado manual y la configuración y el tiempo adicionales que requería.

Otro caso involucró una elección entre un tratamiento de borde biselado (plano) versus un borde redondeado (redondeado). Algunas partes no tienen requisitos específicos de que un borde se procese con ninguno de los estilos de herramientas. Sin embargo, un fabricante descubrió que al aplicar un radio en lugar del chaflán, la vida útil de la pieza era tres veces mayor que la de una pieza biselada. Una diferencia aparentemente pequeña en la elección de herramientas aumentó significativamente la calidad de la pieza.

Finalmente, una operación de fabricación aeroespacial en un disco de ventilador TiAl-4V proporciona un ejemplo de la aplicación de una herramienta de contorneado MEP. Un fabricante había estado usando una herramienta de forma de carburo sostenida en un soporte de ajuste de leva para mecanizar el disco. El acabado de la superficie era deficiente en ubicaciones aleatorias alrededor del disco y el radio de la ranura, y el problema era inconsistente y variaba en gravedad y frecuencia. El fabricante aplicó un cortador de carburo sólido revestido estilo piruleta de corte central de 10 dientes y 10 mm de diámetro con una hélice de 30° hacia la derecha. La herramienta eliminó los problemas de acabado superficial y pudo terminar ambos lados del disco en un tiempo considerablemente más corto.

Aparecido anteriormente en SecoTools.com.