Electroerosionadoras también dieron el salto a la Industria 4.0

Antes de comenzar con lo más reciente y novedoso, es necesario retornar a lo básico. ¿Por qué usar EDM? Pat Crownhart, ingeniero sénior de aplicaciones en MC Machinery Systems, aprovechó recientemente el escenario de IMTS spark para reflexionar sobre las áreas de oportunidad en este tipo de equipos y sobre por qué, para una máquina que lanza solo una chispa a la vez, y emite entre 500 y 30,000 chispas por segundo, es fundamental contar con un equipo que pueda reaccionar con rapidez y “tomar buenas decisiones sobre la marcha”, ya que cuantas más chispas pueda obtener, más rápido cortará.

“Una máquina de electroerosión quiere cortar. Si puede identificar el problema que impide que realice su trabajo, mejorará rápidamente sus resultados. En la medida en la que usted tenga la posibilidad de contar con máquinas más recientes, no necesitará preocuparse por eso. La máquina debería realizar los ajustes por usted”, señaló.

Las EDM son ideales para cortes en esquinas y bordes angulosos o filosos, como los requeridos por la industria médica, entre otras, pero también para partes delicadas. Además, es un proceso que no deja rebabas, factor determinante para los clientes de la industria médica.

Su aplicación también se extiende a detalles pequeños y profundos en los que el mecanizado tradicional es incapaz de mantener las tolerancias deseadas, o a cavidades dentro de piezas.

“En el proceso de mecanizado tradicional siempre se aplica algún tipo de fuerza física. Cuando se tornea o se fresa, básicamente se arrancan partes. Con el EDM no hay fuerza física. No hay presión de herramienta, excepto el aceite hidráulico, pero la fuerza de ese aceite es controlable, por lo que se pueden hacer trabajos realmente delicados”, explicó Crownhart.

Otra área de oportunidad está en el corte de materiales exóticos, difíciles de eliminar con métodos estándar por su dureza y resistencia a la tracción, factores que no afectan en la electroerosión. “Así que en esa área la electroerosión es muy popular. Con materiales duros, normalmente los que se usan en la fabricación de moldes, hay que mantener precisiones muy estrictas y detalles muy finos. Así que la electroerosión es muy popular en la industria del moldeo”, añadió Crownhart.

El experto resaltó que cuando se habla de EDM entra en juego la creatividad en cuanto al rango de aplicación. Así como se habla de su uso en piezas pequeñas y delicadas, las EDM también pueden trabajar piezas grandes, como las de los sectores aeroespacial o petrolero.

Ahora vamos a enfocarnos en esos nuevos desarrollos que facilitan el día a día en un taller de mecanizado.

Máquinas EDM que toman decisiones y optimizan procesos

Por su naturaleza y largos tiempos de ciclo, el trabajo en máquinas de electroerosión se considera desatendido. Lo nuevo, según Héctor Flores Esquivel, gerente de aplicaciones de Nexttec Machinery, una empresa del Grupo HI-TEC que comercializa electroerosionadoras por hilo y por penetración de la marca Chmer, es que, a diferencia de aquellos modelos en los que los controles de las máquinas estaban enfocados en que estas funcionaran e hicieran su trabajo, las más recientes traen CNC con ciclos preestablecidos y capacidades de monitoreo que permiten determinar qué está pasando en el momento justo de la chispa y aprender con cada descarga, controlar el consumo de energía, los tiempos de paro, la temperatura y la vida útil de los consumibles.

“Por ejemplo, en un proceso de EDM por penetración tenemos ciclos preestablecidos. Se monta el electrodo en la máquina, hace la descarga en la pieza que vamos a trabajar por un tiempo determinado y después, de igual manera, se apaga la descarga para su descanso, y esto sucede en ciclos repetitivos. Con las nuevas tecnologías, la máquina monitorea lo que pasa en el momento justo de la descarga y toma una decisión: dice ‘di mi ciclo de descarga, pero todavía puedo dar más’ y la máquina toma la decisión de, en lugar de utilizar el tiempo predefinido de descarga, llevarlo a 2 o 3 veces más del tiempo preestablecido, gracias a la capacidad de la máquina de monitorear lo que está sucediendo con la descarga”.

En la práctica, esto quiere decir que el tiempo de fabricación de un molde, por ejemplo, se reduce considerablemente, ya que la máquina mantiene una actitud propositiva de monitoreo sobre la chispa.

Al respecto, en su presentación Crownhart reflexionó que, al ser el EDM un proceso con numerosas variables por considerar, la inteligencia artificial al interior de estas máquinas debe entrar en acción para manejar con precisión la gran cantidad de información disponible.

“Esta es la razón por la que una máquina muy adaptable es importante, para que no solo se vuelva menos agresiva, sino más agresiva cuando sea posible, ya que puede comenzar con una superficie muy pequeña y luego crecer, y después cambiar, y en seguida, ajustar. Ese es el tipo de escenarios con los que la máquina debe ser capaz de lidiar”.

En cuanto a las máquinas de hilo, antes se establecía la velocidad a la cual tenía que cortar el hilo con ciertas condiciones eléctricas. Ahora, con los controles adaptativos, la modificación de las condiciones eléctricas y el avance que debe hacer el hilo queda en manos de la máquina. “De hecho, ahora en las máquinas no programamos un avance, simplemente programamos una carga eléctrica, una tecnología eléctrica de inicio y la máquina se encarga de llevarlo a la velocidad óptima o a la velocidad máxima con la cual puede trabajar”, añadió Flores.

Mauricio Martin, gerente de ventas y mercadeo de MC Machinery Systems de México, agregó que en máquinas como las de Mitsubishi es posible ahorrar hasta un 35 % de hilo con sistemas predictivos de inteligencia artificial. “Para evitar que el hilo se rompa al recibir dos descargas en el mismo punto, otras marcas aumentan la velocidad de avance del hilo y de esta forma se aseguran de que otra posible chispa no se dé en el mismo lugar, lo cual hace que el consumo de hilo sea mayor. Nuestras máquinas tienen la capacidad de censar en tiempo real cuando eso pasa y corrigen de forma automática la posible desviación. Por lo tanto, el hilo avanza más lento, no se consume con tanta rapidez y deja acabados perfectos”.

Pablo Santiago, ingeniero de aplicaciones de EDM en la misma compañía, explicó que esa función, llamada control adaptativo, permite que la máquina monitoree en la medida en la que trabaja y tenga la capacidad de realizar correcciones sobre la marcha.

Para Pat Crownhart, que la máquina sea capaz de mantener la estabilidad permite velocidades más rápidas y menos desgaste. En sus palabras, un sistema EDM avanzado debe ajustar el tiempo de inactividad, los parámetros de salto y la forma de onda de voltaje para lanzar el máximo número de chispas.

“La idea de esto es que en algún punto usted tenga una chispa perfecta, porque si la máquina lanza la chispa correcta y produce la cantidad justa de calor, se obtiene un equilibrio. Si debe hacer un ajuste este debe ser lo más rápido posible y ahí un sistema adaptativo entra en acción”.

Otras de las novedades en los modelos recientes de las máquinas de hilo incluyen la posibilidad de auto-enhebrar en el “punto de ruptura” del cable o en el “espacio de corte” —así este suceda mientras la pieza está sumergida—, y mecanismos especiales de flujo de agua a presión para mantener el cable más recto por más tiempo. Estos desarrollos posibilitan ahorros en hilo, más tiempo de trabajo desatendido, y aceleran la producción de partes.

Además de lo mencionado, los nuevos CNC también tienen mayor capacidad de procesamiento e interfaces cada vez más amigables con el usuario. El CNC de las Mitsubishi, el M800, viene con más de 1,000 MB y trae una pantalla táctil de 19 pulgadas con teclado, mouse, dos puertos USB, interfaz de visualización Windows y una conexión Ethernet. Estas interfaces, más intuitivas y amigables, aceleran la curva de aprendizaje de nuevos usuarios, al tiempo que minimizan los posibles errores humanos.

Mauricio Martin resaltó otros desarrollos recientes en cuanto a la comunicación con las máquinas, que tienen un impacto significativo sobre su productividad. En el caso de sus equipos, por ejemplo, utilizan fibra óptica para establecer comunicación entre el CNC, los accionamientos lineales y la chispa. Gracias a ello, pueden leer y analizar cada chispa 32,000 veces por minuto durante el proceso de corte. Esto permite utilizar menos alambre, tener velocidades de corte más rápidas y un mejor acabado superficial, al tiempo que elimina los problemas asociados con interferencia armónica o ruido eléctrico.

Los nuevos modelos también traen avances significativos en su estructura física. Flores resalta que, con estructuras cerradas y gabinetes, permiten climatizar todo el conjunto de la máquina para un mejor control de temperatura, del agua en el caso de las máquinas de hilo, y del dieléctrico en las máquinas de penetración, para que el calor no afecte las dimensiones de la pieza a la hora de cortar.

El gerente de ventas y mercadeo de MC Machinery Systems de México también agrega que los nuevos tanques de acero inoxidable aportan mayor dureza y facilitan el proceso de limpieza de la placa de acero en la medida en que la máquina completa años de uso.

Además, en el caso de las máquinas EDM de hilo de Mitsubishi, estas vienen con motores de accionamiento lineal cilíndricos que reducen los problemas de precisión térmica. Estos vienen con imanes pequeños que usan 360° del flujo magnético, por lo cual el movimiento se genera mediante la fuerza de los polos, no del contacto físico, y previenen así el desgaste y el calentamiento del sistema.

El monitoreo remoto es otra de las características de estos nuevos modelos. Flores destaca que ahora se puede monitorear el estado de la máquina vía dispositivos móviles y recibir una alerta en caso de paro, con el fin de que el operario o la persona a cargo se acerque a verificar la causa.

Para estos efectos, por ejemplo, Mitsubishi tiene el sistema MC Remote 360 que, entre otras tareas, supervisa el mantenimiento, registros de trabajo, consumo de los consumibles y productividad. “Desde aquí se puede verificar cómo es el consumo del hilo, el avance que lleva en tiempo, cuánto le falta, cuánto consumo tiene el hilo y generar un diagnóstico. Podemos atender de forma rápida al cliente diciéndole dónde está la posible causa de esta alerta y, si nos habilitan, podemos entrar a su máquina y ver los reportes para entender qué puede estar fallando”, añadió Pablo Santiago, de MC Machinery.

Santiago resalta que en cuestión de software, otro avance significativo ha sido la integración de paquetes CAM dentro de las máquinas. Las EDM por hilo de Mitsubishi, por ejemplo, vienen con un CAM integrado, 100 % compatible, que evita que el cliente deba invertir en un programa adicional. “Este software es de fácil aprendizaje porque ya tiene macros o plantillas predefinidas en las que el cliente va llenando los campos según su necesidad de fabricación”, indicó.

En cuanto a electrodos, Flores comparte que el cobre sigue siendo uno de los materiales con mejor costo/beneficio por su conductividad y desgaste. “En cuanto al grafito, ahora tenemos grafitos en los que la partícula o el grano que se utiliza para hacer las figuras está por debajo de una micra. Al tener un electrodo con estas características, con estos granos tan pequeños, logramos una mejor conductividad de la descarga y, por ende, una opción más rápida”, añadió.

La precisión y los acabados son otros factores críticos. Pablo Santiago comenta que máquinas como las Mitsubishi tienen la capacidad de cumplir con las especificaciones de todas las industrias. “La MX, por ejemplo, puede dar una rugosidad aritmética de 0.08 μ” Ra, la MP de 0.1 μ” Ra, y en los modelos MV, el S de 0.7 μ” Ra, y el R de 0.31 μ” Ra. Eso se dice fácil, pero es un acabado muy, muy fino”, comenta.

“En las máquinas de penetración los acabados pueden llegar a 1.3 μ” Ra, 1.8 μ” Ra, e, inclusive pueden lograr el acabado espejo, aunque eso nos lleva un mayor tiempo de ocupación de la máquina y eso ya es decisión del cliente”, agrega Santiago.

El que la máquina ya no se dedique exclusivamente a cortar también ha traído importantes avances en cuanto a la incorporación de periféricos. Aunque algunas marcas traen ya sus equipos de medición incorporados, otras tienen la posibilidad de adicionar palpadores y diversos dispositivos para verificar las medidas de la pieza.

“Una vez que se termina el proceso de maquinado podemos checar las medidas de la pieza y corregir, y hablamos de micras. También puedes incorporar un eje B para hacer cortes helicoidales con revoluciones”, explica Santiago.

Flores agrega que otra tendencia es la incorporación de robots de carga y descarga y el emplazamiento de máquinas EDM dentro de celdas completas de manufactura. Sin embargo, en México, el mercado todavía se encuentra en transición hacia estas nuevas aplicaciones.

“Ofrecemos opciones muy asequibles para los talleres en México; sin embargo, la creencia sigue siendo que el costo no justifica la paga ya que la mano de obra sigue siendo más barata. Muchos prefieren que una o dos personas atiendan una máquina, que invertir en una solución automatizada. Pese a esto, sí veo que el interés es mayor, ya que al final los clientes buscan cómo cortar más rápido y cómo reducir sus tiempos de ciclo. Creo que es cuestión de que la gente vaya cambiando el chip y pensar que, a largo plazo, sí conviene tener un brazo que realice trabajo desatendido y pueda trabajar de una manera más eficiente, que tener tres personas atendiendo una sola máquina”, compartió.

Martin ilustra este punto con ejemplos concretos en su página web, en la que se exhiben celdas automatizadas de electroerosión que pueden emplear, por ejemplo, fresadoras verticales de alta velocidad, de cinco ejes, para acelerar la producción y el reemplazo de electrodos y permitir una operación completamente desatendida. En las EDM de hilo, las soluciones de automatización, que agregan la capacidad de cargar y cortar piezas de trabajo en una sucesión inmediata, las cargan y descargan automáticamente.

Sin embargo, al igual que el ingeniero Flores, señala que, aunque existe un interés en México por este tipo de avances, y varias compañías, las más grandes, ya han implementado algunas soluciones de automatización, lo cierto es que su demanda todavía no resulta considerable, aunque sí lo es su potencial de crecimiento.

“Acabamos de entregar un sistema con un robot alimentador y dos máquinas para una empresa que hace moldes. Esta empresa tiene más de veinte máquinas nuestras y tres sistemas automatizados y va a requerir otro. Entonces, en un par de años en México sí van a requerir más de este tipo de soluciones porque se van a dar cuenta, además, que al implementarlas no hay que despedir al empleado, si no reasignarlo a una tarea diferente”, agregó Martin.

La electroerosión en el corte de nuevos materiales

Héctor Flores Esquivel, gerente de aplicaciones de Nexttec Machinery, comenta que cada vez hay nuevos materiales, con mayor resistencia, pero dado el proceso con el que se deprende el material en EDM, no es la dureza la que debe preocupar, sino el punto de fusión y la conductividad del material por trabajar.

“Cuando hacemos la descarga estamos fundiendo parte de la pieza, y también, aunque en menor medida, parte del electrodo. ¿A dónde voy? Yo puedo tener un acero grado herramienta, un acero de ingeniería con alta dureza y un peso menor o un acero suave y, sin embargo, el punto de fusión es muy similar, y esto se reduce a que, al momento de erosionar, la máquina se comportará de manera similar, ya que al final se rige por el punto de fusión”.

Por su parte, Pablo Santiago, de MC Machinery, comenta que las máquinas ya vienen con las tecnologías y parámetros preestablecidos para el corte de metales no comunes, como titanio, Inconel, PCD, CBN, grafitos, carburos y metalurgia en polvo.

Mauricio Martin agrega que los parámetros preestablecidos para estos materiales incluyen tiempo, chispa corriente, etc., y también están configurados para los distintos espesores de material, teniendo en cuenta, además, la capacidad de bancada del modelo de máquina.