¿Tiene que girar un torno-fresador?

LeanWerks desarrolló un proceso que combina herramienta de corte, sujeción de piezas y tecnologías de prueba de piezas para permitir que su torneado-fresado mecanice cinco lados de esta pieza de microfundición en una sola configuración. Créditos fotográficos:LeanWerks

Hace algunos años, el debilitamiento de las condiciones comerciales de los campos petroleros impulsó a LeanWerks de Ogden, Utah, a buscar trabajo en otras industrias (incluida la aeroespacial y la automatización de alta velocidad) para establecer una base de clientes más equilibrada y un flujo de trabajo más estable. El taller por contrato, ahora registrado en el estándar aeroespacial AS9100C, también comenzó a adaptar parte de su capacidad de mecanizado existente para adaptarse mejor a los trabajos de mecanizado que encontraría dentro de esas nuevas industrias.

Reid Leland, presidente y cofundador de la empresa, señala un ejemplo:una fundición de aluminio para la carcasa del filtro de combustible de un motor a reacción. Cuando LeanWerks se introdujo en este trabajo, su cliente de fundición aeroespacial tenía casi un año de retraso en el cronograma de entrega debido a que su proceso de mecanizado interno, por lo tanto, la tasa de producción, era lento. Como resultado, su cliente, el OEM del motor a reacción en el que se instaló esta carcasa, estaba perdiendo la paciencia, y el retraso causado por los retrasos en este trabajo estaba decepcionando a otros clientes. Por lo tanto, en un esfuerzo por aliviar parte de la carga sobre sus recursos de mecanizado interno, la fundición se puso en contacto con LeanWerks para considerar hacerse cargo del mecanizado de esas piezas fundidas.

Aunque muchos ingenieros especifican fundiciones de inversión para sus diseños de piezas porque ofrecen formas complejas con buena precisión dimensional en relación con otros procesos de fundición, esos componentes aún requieren mecanizado para lograr un ajuste y funcionamiento precisos en ensamblajes de alto rendimiento. Sin embargo, la variabilidad de estos tipos de piezas fundidas y los complicados requisitos de sujeción asociados hacen que algunos talleres eviten asumir este tipo de trabajo de mecanizado.

Por ejemplo, la carcasa del filtro de combustible requiere múltiples operaciones de mecanizado, incluido el fresado de orificios profundos, el mandrinado, el refrentado, el taladrado, el roscado, el ranurado del diámetro interior y el contorneado en 3D. Originalmente, LeanWerks pensó que podría completar el trabajo utilizando varias configuraciones en una fresadora de tres ejes y una configuración en un centro de torneado. Finalmente decidió que esta no era la mejor estrategia, porque las tolerancias de posición estrechas de la pieza con un esquema de referencia complicado no serían posibles debido a las múltiples configuraciones.

En cambio, LeanWerks consideró cómo podría aprovechar la capacidad de fresado de su torno-fresadora Mazak Integrex i200S para minimizar la cantidad de veces que se toca la pieza durante el mecanizado. El taller utilizó principalmente esta máquina para producir insertos de válvulas de obturador cónico para operaciones de bombeo de alta presión en la industria del petróleo y el gas, como las requeridas para aplicaciones de tubería flexible y fracturación hidráulica. El Integrex era muy adecuado para la pieza de inserción de la válvula porque podía girar el diámetro exterior cónico de la pieza y fresar sus orificios de flujo del eje transversal interno. La máquina también podía fresar la junta tórica asociada del orificio, lo que requería una operación de contorneado de cinco ejes debido a la superficie cónica del orificio.

Dicho esto, mecanizar la pieza de la carcasa del filtro de combustible en la torno-fresadora, un trabajo que no requería tornear, presentó una variedad de desafíos. Por ejemplo, el aluminio fundido de grado aeronáutico A356.0 tiene un alto contenido de sílice y puede ser difícil para las herramientas de corte. Además, la geometría de la pieza tiene múltiples características en múltiples ángulos en todas las caras (incluido un ajuste crítico dentro de la parte inferior de la fundición de 13 pulgadas de profundidad) y las áreas de paredes delgadas crean problemas de vibración durante el mecanizado. Además, la pieza con una estructura de referencia compleja requiere tolerancias estrechas, incluida la tolerancia de posición real de 0,25 mm en algunas características muy separadas, y tolerancias de tamaño de ±0,01 mm y tolerancias de posición real de 0,05 mm para otras características menos separadas.

Como resultado, LeanWerks esencialmente tomó tres pasos para permitir que su torneado-fresado mecanizara efectivamente cinco caras de la fundición de inversión en una sola configuración. El primer paso fue diseñar un accesorio para sujetar la fundición y permitir que se realizara el mecanizado en cinco lados de la pieza. Un componente clave de este diseño de luminaria es una cuna que se acopla con el cuerpo principal de la pieza fundida al tiempo que ofrece acceso a las funciones entre y junto a las patas de la cuna. Para asegurar la fundición a la cuna, se instaló un mecanismo de cadena y polea entre las patas de la cuna para proporcionar una fuerza de sujeción distribuida uniformemente.

Debido a que el torneado-fresado no ofrecía suficiente recorrido en el eje Y para alcanzar todas las características, se incorporó una corredera de cola de milano Setco en el dispositivo para permitir que la cuna y la pieza se deslizaran y se sujetaran nuevamente en una posición accesible sin tener que volver a sujetar completamente la pieza. Para garantizar la rigidez, la cuna se montó y se sujetó a una placa base de acero con pasadores y soldaduras. Esa placa base se monta en el asiento deslizante de cola de milano, y la base deslizante se monta en las mordazas maestras en el mandril de tres mordazas existente de la máquina.

Debido al tamaño de esta pieza de trabajo, el El recorrido del eje Y de turn-mill no permite que su husillo llegue a todas las áreas de la pieza a mecanizar. Para mitigar esto, el accesorio desarrollado por LeanWerks utiliza una corredera de cola de milano para permitir que la parte del accesorio se deslice y vuelva a sujetar en una posición accesible. Las rutinas de sondeo subsiguientes determinan la verdadera posición de la pieza reposicionada.

A continuación, el taller integró un sistema de sondeo de activación por contacto. El sondeo por contacto fue necesario porque la forma de cada pieza fundida varía ligeramente, y el accesorio deslizante utilizado para mitigar el problema del recorrido del eje Y cambia la ubicación de la pieza. El sondeo permitió definir con precisión la nueva posición de la pieza después del cambio, y las trayectorias de herramienta subsiguientes se ajustaron mejor a la ubicación real de la pieza.

De hecho, el taller se dio cuenta de que necesitaba una sonda de longitud estándar, así como una sonda de alcance extendido para acceder a las características ubicadas en el interior de la pieza. Debido a que el torneado y fresado presentaba solo un canal de sondeo, LeanWerks actualizó la máquina con un receptor de radio Renishaw RMI-Q e instaló una tarjeta de controlador lógico programable (PLC) en el panel de control principal de la máquina para manejar una segunda señal de sondeo. La sonda corta usa una aguja de 25 mm de largo, mientras que la sonda larga usa una aguja de 50 mm de largo montada en una extensión de 200 mm. Ambos utilizan un cuerpo de sonda Renishaw RMP-60.

Las rutinas de sondeo se programaron con el software Inspection Plus de Renishaw y el código resultante se agregó al programa de la máquina en las ubicaciones adecuadas. La rutina de sondeo inicial mide puntos en el puerto inferior dentro de la carcasa y la abertura en la parte delantera de la carcasa para definir el eje central de la pieza. Otras características que se prueban incluyen uno de los puertos pequeños cerca de la cara para definir la orientación rotacional de la pieza y una pared dentro de la brida lateral principal para definir la ubicación del eje Z de la pieza. El módulo de software de compensación de error de posición de trabajo (WPEC) de Mazak permite que las desviaciones detectadas a través de cálculos de posición real derivados de la rutina de sondeo inicial se muevan con la pieza a través de movimientos de indexación del husillo. Después de las rutinas de sondeo iniciales, se realizan sondeos adicionales para confirmar la ubicación de las características relacionadas y las superficies posmecanizadas.

Para sondear características en el interior de la carcasa, LeanWerks utiliza un lápiz óptico de 50 mm de largo montado en una extensión de 200 mm.

Finalmente, las operaciones de mecanizado de gran alcance requeridas para esta pieza y el material de aluminio abrasivo llevaron al taller a emplear tecnología avanzada de herramientas de corte. Para este trabajo, el taller utiliza el sistema de portaherramientas Rego-Fix powRgrip. Una alternativa al ajuste por contracción, el powRgrip es un sistema mecánico de ajuste a presión que consta de un portaherramientas, una pinza de precisión y una unidad de sujeción hidráulica compacta de sobremesa que se utiliza para insertar la pinza y la herramienta en el portaherramientas. Según Rego-Fix, el sistema puede generar altas fuerzas de sujeción mientras mantiene una lectura total del indicador de menos de 0,0001 pulgadas. La rigidez de este sistema mejora la vida útil de la herramienta y la precisión de corte.

Las herramientas de corte utilizadas para este trabajo deben tener ángulos de inclinación altos positivos y funcionar a velocidades muy altas con profundidades de corte ligeras. Se utilizan fresas de mango Garr Alumistar, así como una fresa de planear pequeña con plaquitas altamente positivas, altamente pulidas y sin recubrimiento.

LeanWerks también preestablece herramientas para este trabajo utilizando un preestablecedor Speroni STP Magis 400 disponible en Big Kaiser. El precalibrador no solo permite el ajuste externo de las herramientas, sino que, lo que es más importante, ayuda en la calificación y la resolución de problemas porque facilita la inspección del filo, la validación de la forma de las herramientas de forma y la medición del descentramiento.

Punto de inflexión

El proceso que LeanWerks desarrolló para mecanizar este trabajo de microfusión en su torneado-fresado mejoró la tasa de producción de 10 horas por pieza a menos de dos horas por pieza. Como resultado, el taller continúa considerando otras formas en las que puede maximizar las capacidades de su capacidad existente de manera similar a medida que busca trabajo en varias industrias nuevas.