Desafíos y soluciones en el maquinado de grandes piezas

Mantener la precisión en la fabricación de grandes piezas puede ser un desafío, especialmente cuando se requieren múltiples operaciones de montaje.

Sarron Manufacturing, ubicada en Newiton, New Hampshire, se encontró con este problema cuando fabricaba grandes placas, hechas principalmente de aluminio.

La solución de Sarro: un centro de maquinado vertical Feeler

Cuando el taller compró un centro de maquinado vertical Feeler de Methods Machine Tools Inc. (Sudbury, Massachusetts), la capacidad de realizar el maquinado completo con una única operación de montaje le permitió a Sarro ahorrar tiempo y dinero, así como obtener una productividad incrementada.

La compañía de 20 años de antigüedad es propiedad de Bruce Sarro y opera con ocho empleados en una planta de 520 metros cuadrados. Principalmente, Sarro fabrica microondas, circuitos impresos y componentes para la industria de defensa, usando materiales que incluyen aluminio, plásticos, acero inoxidable, cobre y latón. Sus clientes requieren entregas a tiempo para cumplir estrechos cronogramas y varios de ellos exigen una calificación de calidad del 97 por ciento o superior.

En 2011, Sarro se encontró con un problema cuando maquinaba placas de gran tamaño, muchas de las cuales medían 20 por 20 pulgadas y 28 por 21 pulgadas, con espesores entre 1/8 y ½ pulgada.

Desafíos en el maquinado de placas de gran tamaño

“El principal problema era no ser capaces de alcanzar todo el contorno de las placas de gran tamaño para poder maquinarlas en un solo montaje,” indica Bradd Sarro, director de operaciones, e hijo de Bruce.

“Sólo podíamos alcanzar tanto como nos lo permitía el eje Y, así que teníamos que rotar la pieza manualmente para completar el trabajo”.

Junto con las limitaciones de capacidad, Sarro reconoció que sus centros de maquinado más pequeños seguían el ritmo de la nueva y más robusta tecnología disponible para ellos.

Por ejemplo, los centros de mecanizado más antiguos tenían husillos más lentos y la capacidad de refrigeración a través del husillo no era muy potente. También, la capacidad de fijación de las piezas de trabajo era limitada. “Sólo podíamos poner dos prensas de tornillo en el montaje, lo cual no era suficiente para nuestras grandes placas”, indica Sarro.

Enfrentándose a este dilema, Sarro recurrió a Methods Machine Tools, su proveedor desde hace tiempo. Para cumplir con los requerimientos de maquinado de grandes piezas, Methods recomendó el centro de mecanizado vertical Feeler VMP-1100S, debido a su mesa de  23,6 por 47,2 pulgadas, que puede manejar una carga máxima de 3,000 libras.

Para alojar las piezas grandes, el desplazamiento del centro de mecanizado vertical mide 43,3 por 24 por 23,6 pulgadas en los ejes X, Y y Z, respectivamente. Su husillo de conicidad 40 con 25 hp y 15,000 rpm, su control FANUC Oi-MD, y su capacidad de refrigeración a través del husillo de 1,000 psi proporcionan suficiente potencia para maquinar placas de gran tamaño rápidamente.

El VMP-1100S también elimina los desafíos de sujeción de las piezas de trabajo. La compañía ahora usa prensas de tornillo de 6 pulgadas para alojar cuatro coordenadas de trabajo. A veces incluso realizan la fijación sobre la tabla sin el uso de prensas, indica el señor Sarro.

Las otras funcionalidades del centro de mecanizado vertical incluyen un cambiador automático de herramientas (ATC) de doble árbol giratorio con 30 herramientas; guías lineales sobre los ejes X y Y, y guías rectangulares en el eje Z.

Características avanzadas del centro de maquinado vertical

De acuerdo con Methods, la avanzada ingeniería aplicada en la línea VMP la hace apropiada para una amplia variedad de requerimientos de precisión industrial. El análisis por elementos finitos (FEA) y una columna de Meehanite reforzada en forma de A se combinan con una base de gran masa para incrementar la precisión, la rigidez y la estabilidad.

Una estructura de máquina de fundición de hierro de grano fino y un sistema servoasistido de alta velocidad permiten altas velocidades de desplazamiento en el eje A, que van hasta 48 metros por minuto.

Luego de adquirir el centro de mecanizado online, Sarro dice que ha estado extremadamente complacido con los resultados. El Feeler elimina los requerimientos de roscado secundario y remueve la necesidad de montajes de múltiples operaciones. “Ahora nuestras placas pueden ejecutarse completas en una sola corrida y un montaje” indica Sarro.

“Con las funcionalidades de refrigerante a alta presión y husillo de 15,000 rpm, somos capaces de recortar los tiempos de ciclo en un 30 por ciento en dos de nuestros trabajos de producción más grandes”.

Aunque Sarro compró originalmente el centro de mecanizado Feeler con aplicaciones existentes, éste también le ha permitido a la compañía asumir trabajos que anteriormente hubieran sido imposibles. Por ejemplo, unas aplicaciones requieren cortar y procesar una placa de 0,25 pulgadas de espesor por 6 pulgadas de longitud y 2,5 pulgadas de ancho.

Sarro usa el Feeler junto con la tecnología de fresado superficial en 3D de GibbsCAM. El trabajo de una única operación de montaje requiere una fresa escariadora esférica de 1/8 pulgadas corriendo a 100 pulg/min y velocidades de husillo de 10,000 rpm, que no eran posibles con las anteriores máquinas. 

En otra aplicación, Sarro necesitaba el desplazamiento sobre el eje Z para maquinar agujeros en una gran placa de aluminio para una pieza de soporte que medía 2 pulgadas de espesor, 14 de longitud y 8 de ancho.

“Para llevar a cabo este trabajo necesitábamos herramental grande, así como suficiente potencia y velocidad de husillo para la rápida remoción de material requerida. Usando una herramienta de ½ pulgada de radio, el Feeler mecaniza fácilmente las placas dentro de un corto tiempo de ciclo con no más del 10 por ciento de carga sobre el husillo,” indica Sarro.

Otra aplicación requería el maquinado de una placa superior de 1,25 pulgadas de espesor por 11,25 pulgadas de largo y 6,75 de ancho con un pequeño radio. El tamaño del programa y la velocidad del husillo eran las más apropiadas para la máquina Feeler. La compañía era capaz de dejar el proceso en curso por 8 horas de operación nocturna debido a que el Feeler se apaga automáticamente. Esto reduce los costos de mano de obra e incrementa la productividad.

La compañía dice que la máquina proporciona una tolerancia excepcional también para trabajo de piezas pequeñas. En uno de sus trabajos de producción más grande, Sarro necesitaba producir un disipador de aluminio 6061 que medía 5 por 1 pulgada.

Para finalizar la pieza, la compañía usó el Feeler para trabajar con una fresa escariadora de 1/8 pulgadas a 30 pulg/min con suministro de refrigerante a través del husillo a 300 psi y velocidades de husillo de 8,000 rpm.

Sarro montó la pieza usando cuatro prensas de tornillo y el mismo número de coordenadas de trabajo. Debido a la velocidad del husillo y la potente capacidad del refrigerante a través de éste, la compañía pudo incrementar la vida útil de la herramienta y reducir los tiempos de ciclo en 30 por ciento.

Junto con un incremento en la productividad, la máquina Feeler también incrementa la confiabilidad y la repetibilidad. “Con escalas métricas de vidrio, la precisión agujero a agujero está siempre por debajo de ±0.0005 pulgadas en la repetibilidad de la ubicación del agujero”, indica Sarro. Sobre el disipador de calor de aluminio 6061, Sarro dice que fue posible realizar los agujeros de contorno de forma consistente, todas las veces, con una precisión de ±0.0002 pulgadas.

Aunque el aluminio es el principal material que Sarro maquina actualmente con el centro de mecanizado vertical Feeler, la compañía tuvo recientemente resultados positivos usando acero inoxidable 316L para un trabajo de prototipo de válvula múltiple.

“Primero la probamos en aluminio con resultados grandiosos y luego decidimos darle una oportunidad al acero inoxidable, sin problema”, comenta Sarro.

Sarro dice que usando la máquina Feeler la compañía ha podido recibir nuevos trabajos ya que ésta potencializa el mecanizado. De hecho, recientemente aceptaron un nuevo trabajo para una placa de arreglo de agujas para la industria biomédica, aunque no sea éste el principal segmento que atiende la compañía. Adicionalmente, “hemos estado incrementando las velocidades y tasas de alimentación sin ningún problema con cada nuevo trabajo”.

“No dudaríamos en adquirir más Feelers cuando sea el momento adecuado” indica Sarro. “Es agradable saber qué tan rápido podemos ponernos al día con su funcionamiento”.