Soluciones pioneras de electroerosión por hilo para producción compleja de moldes y matrices

Extreme Wire EDM, ubicada en Grandville, Michigan, es un taller que tiene capacidades avanzadas de torneado. Sin embargo, no encontrarás tornos convencionales en su limpia instalación del Medio Oeste.

El taller se especializa en electroerosión por hilo (EDM) y abrió sus puertas en 1998. Poco después, enfocó su mira en trabajo de EDM por hilo para componentes grandes de moldes y matrices. Los hermanos y copropietarios Karl y Brian Bernt se dan cuenta de que este tipo de trabajo probablemente permanecerá en Estados Unidos, y continúan comprando máquinas de hilo de gran capacidad para esos segmentos industriales. De hecho, Extreme Wire EDM es el primer taller en EE. UU. en instalar un Robofil 640CC, una máquina de hilo fabricada por AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois) que acomoda piezas de hasta 3.000 kg y 1.300 x 1.000 x 510 mm. Una segunda máquina así está actualmente en pedido porque la primera está tan ocupada.

Dicho esto, los hermanos no tienen visión de túnel; continuamente buscan otros nichos de mecanizado potenciales que las últimas tecnologías EDM les permitan perseguir. Últimamente, el taller ha estado ganando trabajos complejos de torneado usando tecnologías de husillo desarrolladas específicamente para EDM por hilo. Mientras que parte de ese trabajo complementa los componentes de molde pesados que pasan por el taller —pines de expulsión y núcleo endurecidos, por ejemplo— la capacidad de torneado de piezas de virtualmente cualquier dureza a 4,8 mm de diámetro sin la presión de herramienta y calor asociados con el torneado en torno ha abierto nuevas oportunidades en nuevos mercados.

Lo impresionante es que el taller añadió capacidades de torneado EDM mientras las tecnologías eran frescas y a pesar de que no tenía trabajo inmediatamente alineado para el equipo. Añadir tecnologías de mecanizado líderes de forma tan proactiva requiere una medida de disciplina y un toque de audacia. Eso es porque la inversión inicial necesaria para implementar una nueva tecnología de mecanizado es generalmente alta. El coste a menudo disminuye luego a medida que talleres adicionales comienzan a aceptar y adoptar la tecnología. Además, existe la posibilidad de que el costoso equipo nuevo pueda estar inactivo un tiempo antes de ganar dinero porque los clientes no están familiarizados con la tecnología alternativa y su potencial para sus aplicaciones particulares.

Extreme Wire EDM puede justificarlo. Al integrar nueva tecnología sin tener trabajo en cola para ella, el taller puede familiarizarse con sus capacidades, matices y limitaciones. Este tiempo de "práctica" permite al taller adelantarse en la curva de aprendizaje y refinar el proceso antes de ofrecer la capacidad a sus clientes.

Torneado EDM de alta velocidad

El taller ofrece actualmente dos procesos de torneado EDM —torneado vía rotación continua de pieza y la técnica "tornear-mientras-quema" de AgieCharmilles, que sincroniza indexado de pieza con avance de hilo. Ambos son adecuados para piezas de virtualmente cualquier dureza.

El primer método usa un husillo de alta velocidad portátil H80R.MAC de Hirschmann Engineering USA (Elgin, Illinois) que se compró hace un par de años. Este husillo rota piezas hasta 1.500 rpm mientras el hilo de la máquina se mueve en ejes X e Y para quemar el perfil de pieza deseado. Este husillo auxiliar puede usarse en cualquiera de las seis unidades EDM del taller. Puede proporcionar rotación eje A o B, dependiendo de si está orientado en línea con el eje X o Y de la máquina.

Albergado en acero inoxidable, el husillo sumergible mide 180 x 195 x 98 mm y tiene accionamiento AC de velocidad variable. Se atornilla a la mesa de una máquina y se conecta a una unidad de control que regula la velocidad. Extreme Wire EDM mantiene la unidad de control en un carrito para poder llevarla a la máquina que requiera el husillo. Pinzas de precisión se usan para asegurar las piezas para torneado.

Mientras que las operaciones de torneado en torno convencional requieren múltiples pasadas de herramienta para remover material, el torneado EDM erosiona todo el material que debe cortarse con cada pasada de desbaste y acabado. Típicamente, el taller tomará una pasada de desbaste y una o más de acabado, dependiendo del acabado superficial deseado. Esto es diferente que operaciones típicas de EDM por hilo en las que trozos de material sólido se tallan de una pieza. Una vez completado el perfil torneado, el hilo corta la pieza del material, y la pieza se hunde suavemente al fondo del tanque lleno de dieléctrico del taller. El taller realiza todas las operaciones de torneado completamente sumergidas para asegurar lavado efectivo.

Mike Wysocki es el técnico de EDM por hilo del taller que realizó gran parte de la experimentación inicial con el husillo de alta velocidad. El Sr. Wysocki sugiere que optimizar operaciones de torneado EDM es similar a determinar la mejor combinación de velocidades de husillo y avances para un torno CNC convencional. Por ejemplo, velocidades de husillo más rápidas se requieren para trabajo de diámetro pequeño. En la mayoría de casos, el taller usará software de programación PEPS de Vero International, Inc. (Wixom, Michigan) para delinear el perfil de pieza y generar el programa de pieza a partir del dibujo del cliente.

Los hermanos Bernt admiten que a veces es desafiante hacer que los clientes entiendan los beneficios de este tipo alternativo de torneado. Algunos talleres de fijaciones, por ejemplo, creen que pueden crear componentes endurecidos más rápido y asequiblemente internamente, a pesar de que se requieren múltiples pasos. Generalmente tienen que torneado material en torno, enviarlo para tratamiento térmico (que puede distorsionar la pieza mecanizada), y luego realizar operaciones adicionales de mecanizado o rectificado para llevar el componente a tamaño final. El EDM por hilo puede torneado con precisión material endurecido en una sola fijación, lo que no solo reduce el número de veces que un taller debe tocar una pieza, sino que también reduce el coste total de fabricación.

El torneado EDM por hilo también es efectivo para Porcerax II, un metal poroso que permite gases permear a través del material para permitir ventilación dirigida de áreas difíciles de acceder en molde. El mecanizado o rectificado convencional tiende a empujar material a los poros, reduciendo la capacidad de ventilación. Esto no ocurre con EDM.

Torneado y quema simultáneos

Poco después de comprar el husillo de alta velocidad Hirschmann, el taller invirtió en una unidad EDM Robofil 240 de AgieCharmilles equipada con la característica opcional "tornear-mientras-quema". El husillo usado para estas operaciones proporciona una rotación de indexado en sentido horario y/o antihorario controlada por servo que se sincroniza con avance de hilo en ejes X e Y. Esto permite a la máquina producir geometrías helicoidales y otras formas complejas. La máquina y el husillo de indexado se compran como paquete porque se necesitan servos especiales y componentes relacionados para permitir que la máquina produzca sus movimientos cuidadosamente coreografiados.

Algunos ejemplos se muestran en la imagen superior derecha, que incluye una colección de componentes con geometrías helicoidales. Puede ser difícil imaginar que cada una de esas características fue creada desde hilo EDM que permaneció normal a la línea central de la pieza para toda la pasada.

Extreme Wire EDM hace la mayor parte de la programación para esta máquina manualmente. Sin embargo, ha estado comunicándose con Vero International, que está desarrollando software de programación para operaciones tornear-mientras-quema dentro de su paquete CAM PEPS. La imagen CAD/CAM a la derecha muestra dos ranuras de leva curvas idénticas en lados opuestos mecanizadas desde material tubular. El truco es rotar el material adelante y atrás mientras el hilo corta ambas ranuras simultáneamente (ver simulación de video en la parte superior de esta página). Esta característica de software es muy nueva. De hecho, el taller realizó su primer corte de prueba de la pieza de leva usando un programa de pieza generado por PEPS durante mi visita en agosto de 2008.

El husillo usado en la máquina tornear-mientras-quema también puede usarse para indexado discreto. La inserción de molde rectangular en la imagen mencionada arriba es un buen ejemplo de cómo esto puede usarse para crear una pieza prismática desde material redondo sólido. Tras indicar el material instalado en el husillo, la máquina rebana lados opuestos y luego indexa la pieza 90 grados para cortar los otros dos lados. Esto elimina la necesidad de indicar la pieza múltiples veces, lo que sería necesario con un husillo que carece de capacidad de indexado. El indexado también es útil para crear muescas u otras características planas en una pieza torneada en una sola configuración.

Se dice que Hirschmann está desarrollando un husillo de alta velocidad que también puede usarse para tal trabajo de indexado. Uno de los próximos pedidos de pinzas del taller es un candidato perfecto para esto. El taller podrá torneado el perfil de la pinza y usar indexado para crear las ranuras espaciadas uniformemente de la pinza en una sola configuración.

Manteniendo recursos disponibles y a mano

El taller invierte mucho para mantener el utillaje y consumibles EDM requeridos a mano. Por ejemplo, almacena múltiples tipos de hilo en tamaños de 0,25 a 0,33 mm. Al eliminar tiempo para ordenar tales artículos, el taller puede girar trabajos para sus clientes más rápidamente. Su taladro de agujeros EDM también ha sido equipado con una guía de varilla universal para eliminar la necesidad de comprar una gran cantidad de guías dedicadas para diámetros de varilla específicos. La guía universal se ajusta a varios tamaños de varilla, permitiendo al taller almacenar 40 diámetros de varilla diferentes, pero no 40 guías diferentes. Aunque la guía universal fue inicialmente costosa, realmente ha resultado útil para acelerar operaciones de perforación de agujeros para el taller.

Y aunque las máquinas del taller son obviamente recursos costosos, a los hermanos Bernt no les importa tener una o dos inactivas. Los clientes a menudo hacen pedidos de improviso, así que una máquina inactiva puede configurarse para ejecutar esos trabajos directamente. Es por estos trabajos urgentes que el Sr. Wysocki comúnmente trabaja el turno de noche. Así, un trabajo que entra a las 5 p.m. puede configurarse para ejecutarse durante la noche y estar listo a la mañana siguiente. Como trabajar el turno de noche no es particularmente divertido para la mayoría, los hermanos Bernt permiten al Sr. Wysocki trabajar cuatro días a la semana para que pueda ser recompensado con fines de semana de tres días.

¿Qué sigue?

Aunque algunas de las piezas que el taller recibe tienen agujero de inicio, el taller promueve su capacidad de taladrado de agujeros como servicio a sus clientes. El taller sigue ganando trabajo muy alto, y su taladro de agujeros EDM existente apenas tiene capacidad para aceptar tales piezas. Por el momento, un bloque elevador personalizado de 152 mm se ha añadido para elevar la columna del taladro de agujeros para que pueda crear agujeros de inicio para piezas de hasta 508 mm de altura. Sin embargo, el taller probablemente añadirá un taladro de agujeros de mesa fija más grande.

Y aunque el EDM por hilo es su especialidad, los hermanos también están observando equipos de corte por viruta. Manteniendo su deseo de integrar tecnologías avanzadas, están considerando añadir máquinas herramienta que puedan realizar mecanizado simultáneo de 5 ejes porque no todos los talleres ofrecen esa capacidad. Si eso sucede, podríamos estar revisando este taller en algún momento futuro para perfilar sus éxitos implementando otra técnica de mecanizado avanzada.

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