Aunque cada proceso tecnológico es diferente, en raras ocasiones una misma idea puede incrementar la productividad en dos procesos diferentes o servir de inspiración a otros. Este es el caso de aumentar el número de cabezales de una máquina; Es válido tanto para máquinas de mecanizado como para máquinas de electroerosión o rectificadoras. A su vez, otras tecnologías de fabricación han visto esto como inspiración para aumentar la productividad en sus máquinas, como duplicar o cuadriplicar la cantidad de lentes en una máquina SLM para poder imprimir piezas en menos tiempo.

En otros procesos, es necesario recurrir a viejas ideas que no pudieron desarrollarse en su día debido a la precariedad de la tecnología de esa época. Este es el caso del denominado Power Skiving que ahora tiene la oportunidad de ser la solución para fabricar engranajes internos mucho más rápido.

En otros casos, no es necesario viajar al pasado para encontrar la solución. El concepto de Industria 4.0 está a la orden del día y la implementación del mismo en la industria consiste en la recogida por sensores de datos in situ de la máquina durante el proceso de fabricación para posteriormente realizar el tratamiento de la misma y, con ello, para poder optimizar el proceso o anticipar posibles problemas que puedan hacer que la pieza fabricada sea rechazada.

No siempre un aumento en las condiciones de corte puede conducir a una mejora de la productividad. Cuando se superan las condiciones óptimas, se produce una caída en el rendimiento. En estos casos, la única opción es combinar operaciones. En la CFAA se muestran dos ejemplos diferentes como la electroerosión por penetración o el torneado en el uso de doble torreta para una alta productividad.

ONA, fabricante líder de máquinas de electroerosión a nivel nacional, tiene en el mercado sus máquinas de electroerosión por penetración de doble cabezal, capaces de trabajar piezas de gran tamaño con sus dos cabezales al mismo tiempo. Esto permite reducir a la mitad los tiempos de erosión, obteniendo hasta el doble de productividad, pudiendo trabajar en dos modalidades: separando el tanque y trabajando como dos máquinas independientes o combinando ambos cabezales en la misma pieza.

De hecho, ONA lleva años fabricando equipos de doble cabezal, pero recientemente han agregado nuevas funcionalidades y continúan trabajando en mejoras para convertirla en una solución cada vez más competitiva. Cabe destacar el desarrollo en torno al trabajo colaborativo de ambos jefes que integra una gestión automática de interferencias. Ambas cabezas se comunican entre sí controlando zonas comunes de erosión y evitando colisiones gracias a que una cabeza controla a la otra antes de realizar su movimiento y cuando termina su trabajo, la otra cabeza se mueve. Además, estas máquinas integran un software especialmente diseñado que facilita la gestión del trabajo de dos máquinas. En este sentido, durante el último año ONA ha estado trabajando en colaboración con la CFAA para desarrollar un algoritmo de optimización capaz de dividir y ordenar el número total de operaciones a realizar entre los dos cabezales de máquina. Para ellos, se han analizado diferentes métodos de optimización heurística hasta encontrar el más adecuado a esta problemática. El objetivo es que siempre que la geometría de la pieza lo permita, se obtenga la máxima productividad posible, garantizando así el óptimo rendimiento de cada máquina.

Otro caso de éxito es el torneado de componentes rotativos de la máquina realizado en un torno vertical de doble torreta Danobatgroup. En él se han realizado investigaciones en procesos simultáneos de desbaste y acabado. El desbaste y el acabado son, en un principio, conceptos antagónicos en cuanto a sus condiciones de mecanizado como se muestra en la tabla 1.

En el desbaste se busca una profundidad de pasada amplia y un avance elevado para eliminar el volumen máximo de virutas. Sin embargo, en el acabado prevalece un avance bajo y una profundidad de pasada reducida para obtener un acabado superficial de mayor calidad. Cuando el proceso de desbaste y acabado se realiza simultáneamente, existen limitaciones a tener en cuenta. Uno de ellos es que la velocidad de rotación del plato Nplato debe ser la misma. Por tanto, la velocidad de corte y los diámetros de mecanizado de desbaste (Vcdes, Ddes) y acabado (Vcaca, Daca) deben cumplir con la relación de la ecuación 1.

Otra limitación importante es que los dos carros deben ir con el mismo avance radial para que los diámetros de mecanizado correspondan a las condiciones de mecanizado. Esto, en principio, parece incompatible con las definiciones generales dadas anteriormente. Pero se han desarrollado estrategias para que, aunque el avance radial sea el mismo, el avance en la punta de la herramienta respete las condiciones de mecanizado impuestas en la tabla 1. Para ello se han programado dos tipos de estrategias diferentes.

Por un lado, la figura 3a muestra el recorrido de la punta de la herramienta en el refrentado de desbaste, pero con la técnica de torneado. Por otro lado, la figura 3b muestra la trayectoria de la punta de la herramienta en el revestimiento de desbaste, pero perfilando la superficie en un arco. Por lo tanto, en ambos casos, solo el movimiento 1 a 2 corta a la velocidad de avance de desbaste. El resto son movimientos rápidos G00. Donde ap es la profundidad de paso axial y ae es la profundidad de paso radial. El avance radial será, por tanto, la división de la profundidad axial por el tiempo que se tarda en completar el ciclo.

En los últimos años la fabricación aditiva ha experimentado un gran crecimiento debido a sus ventajas a la hora de fabricar piezas complejas. Aunque dentro de la fabricación aditiva, la tecnología Laser Powder Bed Fusion (LPBF) es una de las más populares debido a la calidad de su superficie y precisión dimensional, tiene una de las tasas de crecimiento más bajas. Es por ello que la búsqueda de una mayor productividad junto con la búsqueda de una disminución del tiempo de fabricación está muy presente en la industria de los aditivos. Los sistemas multi-láser nacen en respuesta a esta demanda de mayor productividad.

Las máquinas LPBF tradicionales cuentan con un solo láser, el cual escanea capa a capa la sección de las piezas a fabricar, pudiendo fabricar con un solo láser a lo largo de toda la superficie del sustrato. Los sistemas multi-láser incorporan más de un láser, que pueden trabajar juntos, reduciendo el tiempo de escaneo y aumentando el espacio de trabajo. Por un lado, los láseres pueden trabajar en áreas, es decir, puede haber un láser destinado a cada cuadrante del sustrato. De esta manera, los láseres funcionan simultáneamente aumentando casi 'n' veces la tasa de crecimiento en comparación con un sistema láser, siendo 'n' el número de láseres activos en la máquina. Por otro lado, los láseres pueden trabajar a lo largo de todo el sustrato simultáneamente, aumentando casi 'n' veces, como en el caso anterior, la tasa de crecimiento en comparación con un sistema láser.

Ya son muchos los fabricantes de máquinas LPBF que han optado por integrar más de un láser en la misma máquina, ofreciendo así en el mercado máquinas con sistema multi-láser. La siguiente tabla reúne algunos de los modelos, definiendo la potencia de los láseres, el área total de trabajo de la máquina en la planta y detallando si los láseres permiten una superposición total durante el escaneo.

La máquina de Renishaw, RenAM 500Q, es la última incorporación a CFAA. Gracias a esta máquina, Renishaw reduce los costes por pieza sin comprometer la calidad y la precisión. Integra cuatro láseres de 500 W cada uno. Uno de los puntos fuertes más importantes de esta máquina es su sistema óptico, el cual ha sido diseñado internamente y fabricado mediante fabricación aditiva, consiguiendo así un sistema más compacto. Incorpora cuatro pares de espejos galvanizados que permiten que cada láser barre toda la placa de fabricación. Además, el sistema óptico incluye canales internos de enfriamiento confocal que permiten una extraordinaria estabilización térmica de los mismos [8, 9]. Máquinas como la RenAM 500Q marcan un antes y un después en la fabricación aditiva.

Los engranajes son el tipo de transmisión más utilizado. Hoy en día su uso sigue siendo fundamental ya que se presentan como el componente ideal para la transmisión de potencia, por su gran capacidad de transmisión, alto rendimiento y seguridad operativa. La contrapartida suele ser el elevado coste de fabricación en comparación con otros sistemas de transmisión, además de que las máquinas utilizadas para el mecanizado de engranajes también son caras, con funciones de fresado específicas que las hacen generalmente inflexibles para realizar otros procesos.

La tecnología aeronáutica está en constante evolución y el diseño y la fabricación de equipos no están al margen. Los motorreductores con caja de cambios son un nuevo paso en la tendencia hacia la reducción del consumo de combustible y el aumento del rendimiento de la transmisión de potencia a alta velocidad.

La evolución de la tecnología en los centros de mecanizado permite, también en este sector, el desarrollo de procesos de fabricación como el Power Skiving que, tras un siglo de espera por la ausencia de máquinas de mecanizado con un alto grado de sincronización de ejes, está encontrando ahora su momento ideal. El proceso fue descrito por primera vez en una patente por Wilhelm von Pittler en 1910 [10], y las aplicaciones iniciales del proceso Skiving se remontan a las décadas de 1960 y 1970 [11], cuando se utilizaba para fabricar engranajes internos. , donde claramente tiene una ventaja sobre otros procesos en cuanto a su alta capacidad de producción.

El proceso Power Skiving, como se muestra en la figura 6, se engloba dentro de los procesos de tallado continuo por generación, que son los más precisos y de máxima calidad. Los procesos de tallado de reproducción suelen ser de peor calidad o se utilizan para engranajes de módulo grande. Por su parte, el corte por fresa tiene ventajas económicas, pero no debe utilizarse para obtener dientes de precisión.

Estudios recientes muestran que el proceso Power Skiving puede ser entre 6 y 12 veces más rápido que el Shaping y 2 o 3 veces más rápido que el tallado en términos de tamaño de equipo externo [12]. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, uno de los puntos fuertes de Power Skiving es el tallado de engranajes internos ya que se puede realizar a alta velocidad, llegando incluso a velocidades superiores al brochado, mientras que otros procesos importantes como el tallado de cremallera o con un taladro madre solo pueden cortar engranajes externos.

La pieza de trabajo y la herramienta giran de forma continua y sincrónica de modo que los dientes de la herramienta cortan y se acoplan a la pieza de trabajo gracias a un ángulo de inclinación S entre la pieza de trabajo y la herramienta. Además, debe haber un movimiento de avance axial para cubrir todo el espesor de la pieza. En el caso de un engranaje recto: Vc = Vtool * seno (S), a mayor ángulo S, mayor velocidad de corte, aunque el valor de S = 20 ° es el típico recomendado [13], ya que, para Para menor ángulos, la velocidad de corte es demasiado baja y para ángulos grandes existen problemas de espacio disponible y colisión entre la pieza y el cuerpo del portaherramientas y / o cabezal de corte.

La adopción de un ángulo de trabajo específico determina el diseño de la herramienta, ya que el ángulo de disposición de los bordes está determinado por el ángulo de diseño del engranaje a mecanizar y el ángulo de posición de la herramienta. El ángulo S es la suma del ángulo b de la herramienta de los bordes de la herramienta y el ángulo b de la hélice de la pieza. Si S = bherramienta, entonces bgear = 0, el engranaje de corte es recto. Si S <> btool, bgear <> 0, el engranaje está inclinado hacia la derecha o hacia la izquierda. Esto se puede resumir en el hecho de que una herramienta específica corresponde a un diseño de engranaje.

Un aspecto a tener en cuenta es que, al ser un proceso continuo, los filos de la herramienta cortan el material de manera cíclica en cada vuelta de la herramienta, por lo que se recomienda que el número de dientes a tallar en el engranaje no es múltiplo del número de aristas de la herramienta. Esto evita que los mismos bordes tallen siempre los mismos dientes y que puedan aparecer desviaciones.

Existen máquinas específicas con las que realizar la operación Power Skiving con excelentes cualidades de estabilidad y para lotes muy grandes. Sin embargo, la tendencia hacia la flexibilidad y la personalización del producto ha propiciado la aparición de máquinas multitarea en el mecanizado, cuyo objetivo es realizar diversas operaciones sobre la pieza sin necesidad de cambiar de máquina, manteniendo la pieza en su sitio. mismo sistema de referencia y, de esta forma, reducir los errores durante la fabricación. Estas máquinas son híbridas ya que funcionan como tornos o como fresadoras, dependiendo de la necesidad de operación. Suelen tener un cabezal de torno y un husillo de fresado con desplazamiento de los ejes B e Y, con el que también se puede girar. El control numérico de la máquina gobierna el movimiento y la sincronización multieje mediante el cual se pueden realizar operaciones como torno-fresado y operaciones en hasta 5 ejes.

Esta reciente evolución de los centros de mecanizado, tanto en rigidez y robustez como en conceptualización, ha permitido que esta técnica de fabricación de engranajes se materialice hoy en día como una alternativa muy competitiva a los procesos tradicionales, ya que la flexibilidad de la máquina permite fabricar pequeños lotes y cambiar ajustes a medida. realizar otros procesos.

El Power Skiving es un proceso de fabricación que requiere el estudio de posibles problemas de vibración, así como una correcta elección de las condiciones y parámetros de mecanizado, ya que la rotura de un filo puede provocar una colisión a alta velocidad con consecuencias catastróficas para la herramienta, la pieza. y quizás daños graves a la máquina.

[1] Real Academia de Ingeniería [en línea]. Disponible: http://dictionary.raing.es/es/lema/produividad-0

[2] EGEO Systems, 'El sistema de impresión 3D de láser cuádruple ultrarrápido para piezas metálicas: EOS M 400-4', 2016. [En línea]. Disponible: https://www.youtube.com/watch?v=gIIdzKZEWKE.

[3] S. Solutions, 'SLM500', [en línea]. Disponible: https://www.slm-solutions.com/products-and-solutions/machines/slm-500/

[4] Renishaw, 'RenAM 500Q: Sistema de fabricación aditiva de cuatro láseres de alta productividad de Renishaw', [en línea]. Disponible: https://www.youtube.com/watch?v=XTXwTBup-co.

[5] Trumpf, 'Sistemas de fabricación aditiva: TruePrint 5000', [en línea]. Disponible: https://www.trumpf.com/es_ES/productos/maquinas-sistemas/sistema-de-fabricacion-de-aditiva/truprint-5000/.

[6] G. aditivo, 'M2 cusing / M2 cusing Multilaser (DMLM)', [En línea]. Disponible: https://www.youtube.com/watch?v=mlzVnSQCzdk.

[7] V. 3D, 'Impresora Sapphire® CX', 2020.

[8] I. 3D, 'Multlaser para mejorar la impresión 3D metálica', 2018.

[9] Renishaw, 'Sistema de AM multiláser de máxima productividad'

[10] V. Pittler, Verfahren zom Schneiden von Zahnradern mittels eines zahnradartiges, an den Stirnflachen der Zahne mit Schneidekanten verhenen Schneidwerkzeugs, Deutsche Patentschrift Nr. 243514, W. (1910).

[11] M. KOJIMA, Desbaste de engranajes de engranajes rectos internos involucrados, Tran. Proc. Paleont. Soc. Japón, no. 162, págs. 767-780, 1974.

[12] Stadtfeld H (2014) Desbaste a motor de engranajes cilíndricos en diferentes plataformas de máquinas. Gear Technol 1: 52–62.

[13] Bylund N. Comprender los principios básicos de Power Skiving. Soluciones de engranajes, vol. 15, no. 4, págs.42-46, abril de 2017.

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