Aumenta la eficiencia: Transición del electroerosión al fresado CNC para utillaje de moldes

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Se utilizan muchos procesos de fabricación diferentes para fabricar utillaje para moldes. La mayoría de la fabricación de moldes implica fresado CNC o procesamiento sustractivo del material. Otras operaciones además del fresado se utilizan, incluyendo fabricación aditiva y operaciones de electroerosión (EDM).

Los fabricantes de hoy están bajo presión para crear piezas más rápido que nunca. Aunque la fabricación por EDM es válida en muchos casos, es importante explorar si algunos casos pueden reemplazarse con métodos más rápidos, como el mecanizado CNC.

¿Qué es EDM?

EDM significa Electroerosión (Electrical Discharge Machining), a veces denominado "mecanizado por chispa" o "EDM de hundimiento". Es donde se pasa una corriente eléctrica a través de un electrodo en un medio dieléctrico. El electrodo se fabrica con la forma del material que necesita eliminarse del utillaje del molde. La chispa erosiona el material para formar la forma final deseada. Los hermanos Lazarenko desarrollaron el EDM como proceso en la entonces Unión Soviética durante la Segunda Guerra Mundial.

Los electrodos suelen fabricarse de grafito de carbono. Sin embargo, cobre, latón, aleaciones de cobre y otros materiales pueden usarse como electrodo. Los electrodos generalmente necesitan fabricarse antes de poder usarse en una máquina EDM.

Casos de uso para EDM

Ha habido algunas ventajas percibidas de larga data al usar mecanizado EDM, incluyendo:

Esquinas interiores agudas
Esta es una de las mayores ventajas de la fabricación EDM: crear esquinas interiores agudas que de otro modo requerirían herramientas CNC de diámetros diminutos o simplemente no serían posibles en una fresadora CNC.

Áreas profundas del molde
Los procesos EDM a menudo se usaban en lugar del fresado CNC porque no era posible llevar herramientas de corte lo suficientemente profundo para fresar la forma correcta.

Geometría muy compleja
La sabiduría convencional es que las formas complejas son más fáciles de obtener mediante fabricación EDM.

Mecanizado de nervios
Los nervios en moldes son típicamente delgados y pueden ser bastante profundos. Las operaciones EDM son a menudo comunes en esas áreas específicas.

Operaciones desatendidas
En el pasado, los talleres estaban más dispuestos a ejecutar una máquina de hundimiento EDM desatendida, en lugar de una fresadora CNC.

Donde se especifica acabado EDM
El acabado de las operaciones EDM es consistente, sin marcas de mecanizado ni patrones de remolino. A veces este acabado se especifica como parte de la pieza.

Desventajas de usar EDM

Un lugar donde no puedes usar EDM es en áreas de ZAT (Zona Afectada por el Calor). Estas son zonas, quizás áreas de soldadura, donde el calor de las operaciones EDM causaría más problemas de los que resuelve.

Debido a las acumulaciones de tolerancias de electrodos y portaherramientas, más no saber el tamaño exacto de la chispa eléctrica, las áreas que requieren alta precisión a menudo no son adecuadas para EDM.

EDM es Lento

La mayor desventaja de usar EDM es que es un proceso largo. Primero, necesitas usar la fresadora CNC para fresar el electrodo. A menudo necesitarás fresar múltiples electrodos para una operación EDM porque también se erosionan, y puede tomar múltiples electrodos para electroerosionar un área. Luego tienes el proceso EDM, que tiene tasas de eliminación de metal más lentas que el fresado.

No solo el proceso EDM es más lento, sino que aún necesitas usar una máquina CNC para fresar uno o más electrodos antes de poder usar la máquina EDM. Además, fresar electrodos de grafito crea mucho polvo. Sin una fresadora CNC dedicada, con un sistema de vacío de alta gama, para polvo de grafito, tienes tiempo de inactividad de la máquina cada vez que cambias de fresar metal a carbono solo para limpiar.

Si el EDM es parte de tu proceso de fabricación y quieres aumentar tu producción para mantenerte competitivo, reemplazar tanto trabajo EDM como sea posible con mecanizado CNC es una forma de hacerlo.

Aunque puede que no haya mucho que el fresado CNC pueda hacer sobre las esquinas interiores agudas, hay tecnología de hardware y software más nueva que mitiga las otras ventajas que el EDM ofrecía antes.

Fresado de Áreas Profundas

Usar electrodos y un proceso EDM era común para áreas profundas del molde, pero el crecimiento de centros de mecanizado CNC de 5 ejes en la comunidad de fabricantes de moldes ha cambiado este paradigma. Durante la fabricación de moldes, la mayoría de las máquinas de 5 ejes operan en una operación 3+2, en lugar de mecanizado simultáneo de 5 ejes completo.

Los operadores y programadores pueden rotar el eje de la herramienta a algo diferente al eje Z recto y mecanizar áreas profundas sin necesidad de operaciones EDM. Afortunadamente, el software CAD/CAM moderno como Fusion 360 ha mejorado y simplificado las capacidades de mecanizado multi-eje, al igual que las máquinas mismas han mejorado. Aprovechar Fusion 360 puede reducir los plazos de entrega y ayudarte a sacar piezas más rápido.

Mecanizar exitosamente áreas profundas con mecanizado 3+2 o 5 ejes requiere evitación de colisiones y simulación de la herramienta y el portaherramientas, husillo y otras partes de la máquina que potencialmente puedan colisionar con la pieza siendo fresada. Este paso generalmente se realiza dentro del sistema CAM como Fusion 360 o a través de un paquete de software de simulación y verificación de terceros como CAMplete.

Mecanizado de Nervios

Fresar nervios dentro de un molde puede ser difícil, ya que requieren utillaje con grandes ratios LD (longitud a diámetro). Estas herramientas son más propensas a deflexión, vibración o rotura. Además, la evacuación de viruta dentro del nervio se vuelve una consideración importante.

A pesar de las dificultades, fresar nervios puede ser considerablemente más rápido que usar EDM para crearlos. Sistemas CAM especializados que incluyen funciones especialmente para mecanizado de nervios hacen el trabajo de programarlos más fácil. Estos programas pueden escalonar a lo largo del eje de la herramienta o morfar o seguir los contornos del nervio. En cualquier caso, pequeñas profundidades de corte axiales permiten el fresado seguro de nervios.

En cuanto a lo que se necesita en el lado CNC, el utillaje normalmente emplearía portaherramientas de contracción térmica (heat shrink) para rigidez, y la fresa usada permitiría buena evacuación de viruta, con fuerte refrigerante o aire para ayudar a evacuar virutas.

Geometría Compleja

La geometría compleja fue una vez un uso común para procesos EDM, pero muchas pueden reemplazarse con mecanizado. Esto se debe a mejoras en todas las áreas del mecanizado CNC:

• Portaherramientas de contracción térmica y otras tecnologías de utillaje ofrecen más rigidez
• Las máquinas de fresado son más suaves con capacidades integradas de Mecanizado de Alta Velocidad (HSM) y operaciones de suavizado.
• El software de programación CAM como Fusion 360 tiene más opciones y métodos de programación, incluyendo desbaste residual automático (rest machining), para fresar formas complicadas.

Mecanizado Desatendido

Aunque parece aterrador ejecutar una costosa máquina de 5 ejes desatendida, esto es exactamente lo que muchos talleres avanzados están haciendo para aumentar la eficiencia y mejorar el tiempo de actividad de la fresadora. Por supuesto, cuanto más tiempo las máquinas están funcionando, más rápido salen las piezas y más negocio puedes ganar.

El software de simulación para mecanizado multi-eje mencionado anteriormente también puede verificar que los programas estén libres de colisiones y puedan ejecutarse desatendidos. Los algoritmos pueden cambiar automáticamente las herramientas de corte por otras nuevas después de una cierta cantidad de uso, permitiendo tiempos de ejecución desatendidos más largos. Esto es especialmente útil para piezas grandes.

La inspección también es una parte clave del mecanizado desatendido. Fusion 360 incluye operaciones de inspección en proceso integradas para que las características clave puedan ser sondeadas por tamaño de modo que las piezas subsiguientes permanezcan en tolerancia incluso a medida que la herramienta se desgasta. Otras operaciones detienen la máquina si se encuentra una característica fuera de tolerancia en tamaño o posición. Esto previene errores catastróficos que pueden interrumpir la producción.

Cambio al Fresado CNC

Las operaciones de fresado en la fabricación de moldes ofrecen tasas de eliminación más rápidas que las operaciones EDM. Cambiar de procesos EDM puede ayudarte a reducir tiempos de entrega y aumentar tu producción. Avances en sujeción de herramientas, máquinas de 5 ejes y software de programación CAM como Fusion 360 han permitido reemplazar muchas operaciones EDM con una operación de fresado CNC.

¿Estás listo para hacer el cambio de fabricación EDM a fresado CNC? Aprende más sobre cómo maximizar tus máquinas con Fusion 360.