Producción rápida de moldes de aluminio en menos de tres semanas

Un constructor de moldes veterano de Phoenix Proto Technologies explica diferencias de diseño entre un molde de aluminio para prototipos y un molde de aluminio para producción.

Phoenix Proto Technologies (www.phoenixproto.com) abrió taller hace año y medio con el objetivo de producir rápidamente moldes de aluminio para clientes necesitados de prototipos. Notando el uso continuo de herramientas puente de aluminio y un interés creciente en moldes de aluminio para aplicaciones de producción (gracias en parte a mejores aleaciones y ciclos de diseño de producto más cortos), desde entonces ha buscado trabajo para los tres escenarios de fabricación de moldes. Dicho esto, su enfoque para crear todos los tipos de moldes de aluminio es el mismo, al igual que su tiempo de entrega garantizado de tres semanas o menos.

Proceso Instant Prototype Processing

PPT llama a su enfoque de fabricación de moldes Instant Prototype Processing. Su objetivo es crear moldes de aluminio sin limitar el diseño del cliente, y garantiza el mencionado rápido tiempo de respuesta para piezas tan grandes como 12 x 12 x 4 pulgadas. Además de sus cinco centros de mecanizado CNC, la compañía tiene cinco máquinas de inyección Niigata de 85 a 330 toneladas para clientes que quieren que produzca muestras de piezas plásticas además del utillaje de aluminio.

La mayor parte del trabajo de la compañía viene de los mercados médico y de productos de consumo. Cotizaciones para cada nuevo trabajo se proporcionan al cliente en menos de una hora después de recibir una RFQ. Tan pronto como la compañía recibe una orden de compra, programadores y fabricantes de herramientas se reúnen para discutir especificaciones de diseño de molde como línea de partición, ubicación de entrada y ventilación. Dentro de 24 horas de recibir esa orden de compra, realiza una revisión de diseño con el cliente (a menudo vía la aplicación de videoconferencia GoToMeeting) y luego finaliza el nuevo trabajo internamente con una reunión pre-herramienta. Un sistema de servidor de computadora recientemente integrado hace el intercambio de archivos entre todas las partes un simple proceso de arrastrar y soltar, acelerando y simplificando enormemente las transferencias de archivos que anteriormente se realizaban por correo electrónico.

Los programadores CAM de PPT, que también son diseñadores de moldes, a continuación empiezan a determinar cómo mecanizar mejor características de núcleo y cavidad, ya sea vía EDM o fresado. La compañía almacena inserts de núcleo/cavidad de tamaño estándar así como bases de molde universales. De esa manera, puede programar y configurar inmediatamente trabajos de mecanizado de inserts tan pronto como se completa la programación.

Centro de mecanizado de alta velocidad Mikron HSM 600

El VMC usado para el 80 por ciento del trabajo de fresado de la compañía es un Mikron HSM 600, disponible de GF AgieCharmilles (Lincolnshire, Illinois). PPT eligió esta máquina por dos razones principales. Primero, su husillo de 42.000 rpm proporciona la velocidad para cortar rápidamente tanto el aluminio 7075 que el taller típicamente usa (a veces en condición endurecida) como electrodos de grafito para su EDM de arado. La máquina Mikron está equipada con un sistema de evacuación de polvo para remover partículas generadas durante el mecanizado de grafito. Sin embargo, la compañía elige fresado sobre EDM siempre que sea posible para eliminar el paso requisito de fresado de electrodo previo a la erosión.

La segunda razón por la que el taller se decidió por la máquina de alta velocidad fue porque ofrecía un cambiador de palet integral compacto. Esto permite que las configuraciones se realicen en múltiples palets fuera del entorno de trabajo de la máquina mientras la máquina está corriendo otro trabajo. Esto también permite producción sin luces, lo que minimiza tiempo muerto del husillo y elimina la necesidad de personal en tres turnos. PPT comúnmente instala múltiples mordazas en cada palet, y también ha creado un fijador que puede sostener numerosos electrodos para maximizar el número de trabajos que el VMC puede completar sin intervención del operador.

Muchas operaciones de fresado en la máquina de alta velocidad requieren herramientas de diámetro pequeño. Aunque poco común, la rotura de herramienta es posible al cortar aluminio. Para prevenir corte al aire nocturno resultante de una herramienta rota, los programadores de máquina comúnmente requieren cambios de herramienta más frecuentes de lo usual aunque la vida efectiva de una herramienta no se haya acercado.

Moldes de prototipo impulsan compra de nueva máquina

Los moldes de aluminio que PPT crea para aplicaciones de prototipo y producción difieren en la forma en que rebajes y otras características de pieza se ejecutan dentro de los moldes. En casi todos los casos, los moldes de prototipo usan cargas manuales (hand-loads) para crear estas características en lugar de los deslizadores mecánicos comunes en moldes de producción. Los hand-loads son componentes mecanizados que se insertan manualmente en el lado eyector de un molde antes de cada inyección. Una vez completada la inyección, los hand-loads eyectan con la pieza plástica moldeada. Un operador remueve los hand-loads de la pieza y los reinstala en el molde para la siguiente inyección.

Esta intervención manual está justificada porque los tamaños de lote de prototipo son muy bajos. Además, los moldes usando hand-loads pueden diseñarse más rápido y cuestan menos que aquellos usando acciones mecánicas o hidráulicas. Una selección de hand-loads se muestra en una foto a la derecha. Ese molde de prototipo crea un interruptor de encendido que requiere 15 rebajes.

PPT compró recientemente un torno de cinco ejes Captain de Okuma (Charlotte, Carolina del Norte) con el objetivo de mecanizar hand-loads y otros componentes pequeños de molde en una sola configuración. Esto liberará el VMC Mikron para fresar predominantemente electrodos e inserts de núcleo/cavidad. El torno está bien adaptado para completar tales componentes que pueden tener conicidades y ángulos de salida tanto de material rectangular como redondo.

La otra imagen de molde a la derecha es un molde de producción que PPT creó para producir una tapa de nailon sin relleno. Este molde de aluminio particular usa algunos componentes de acero dulce como gibs y placas de fondo. Sin embargo, PPT rutinariamente manufactura moldes hechos enteramente de componentes de aluminio. En estos casos, componentes de aluminio que se deslizan entre sí serán recubiertos duro para resistencia al desgaste y longevidad de herramienta mejorada.

El Sr. Lammon cree que la demanda de moldes de aluminio para aplicaciones de prototipado seguirá fuerte. Es rápido en señalar, sin embargo, que un número creciente de grandes fabricantes están comenzando a darse cuenta de que, comparado con el acero, los moldes de aluminio pueden crearse más rápido, cuestan menos y permiten ciclos de inyección más rápidos debido a mejores características térmicas.

No es inusual que los moldes de aluminio de hoy entreguen 1 millón de inyecciones, dice el Sr. Lammon, lo cual podría ser suficiente para satisfacer los requisitos de producción para una compañía que continuamente actualiza sus productos o introduce nuevos. Él apuesta a que esto llevará a trabajo adicional para PPT a medida que estas compañías realicen los beneficios que los moldes de aluminio ofrecen para tanto prototipos como producción.