Así avanza el mecanizado de materiales híbridos y compuestos
Los tiempos de usar un solo material en una construcción ligera han terminado. Actualmente se requieren métodos de construcción inteligentes y mixtos, basados en capas de plástico, aluminio o acero, por ejemplo. Pero, ¿cómo pueden mecanizarse los componentes híbridos, cuyas propiedades cambian con cada capa de material?
Las soluciones para esta pregunta se exhibirán en EMO Hannover 2019. Como adelanto a lo que se verá allí, el profesor Frank Barthelmä, director general de la compañía GFE, profundiza en algunas ideas sobre cómo se adelantan estos procesos.
EMO Hannover: los investigadores de herramientas como usted se han estado preparando para el desafío híbrido desde hace algún tiempo. ¿Qué ideas atraen actualmente el mayor interés entre los fabricantes de herramientas clásicas?
Frank Barthelmä: en términos de tecnología de herramientas surge un desafío clave cuando los usuarios desean mecanizar múltiples materiales en un componente utilizando una sola herramienta, por supuesto, de forma rentable.
Los ejemplos típicos incluyen materiales compuestos tales como aluminio combinado con titanio, compuestos de fibra que incluyen metales, y sistemas multicapa. Estos se utilizan en las industrias aeroespacial y automotriz, y también aumentan en ingeniería mecánica y de plantas. Hay diferentes perfiles de requisitos para los bordes de corte de las herramientas: el procesamiento de combinaciones “duras y blandas” que incluyen “transiciones de zona”, por ejemplo, es un desafío particular.
EMO Hannover: ¿cómo afecta esto a los tres factores principales de interacción de la herramienta: material de corte, geometría y revestimiento?
Frank Barthelmä: los investigadores y desarrolladores deben tener en cuenta estos factores y sus interacciones. Si se realiza un cambio en el material de corte, por ejemplo, o si se desarrolla una nueva geometría de filo, los fabricantes de la herramienta también tienen que adaptar el recubrimiento y su tecnología. Tampoco deben olvidar la microgeometría del filo, las características en la zona de transición justo entre el filo principal y el secundario. Esto es particularmente importante para los materiales híbridos que son difíciles de mecanizar.
EMO Hannover: la digitalización también está jugando un papel creciente aquí. Mediante sensores y algoritmos puede facilitar el mecanizado de materiales de recubrimiento con procesos de corte adaptados. ¿Cómo avanzan los proyectos de investigación que apoyan a la industria de las herramientas y sus usuarios?
Frank Barthelmä: en lo que respecta a la tecnología de sensores, ya ha habido una serie de desarrollos revolucionarios. Estos incluyen tecnología de sensor de película delgada que es adecuada para el uso en herramientas, por ejemplo. Se ha logrado un gran progreso en la miniaturización de las piezas al mismo tiempo que se mantiene, o incluso se aumenta, el rendimiento. También ha habido cambios en la capacidad de generar y transportar datos. Pero lo importante ahora es identificar los datos correctos entre la enorme cantidad de datos que se pueden generar y evaluarlos de manera efectiva. El análisis de datos debe llevarse a cabo no solo por expertos en herramientas, sino también por expertos en tecnología de medición y electrónica, así como por especialistas en TI. Este será un aspecto clave de futuros proyectos de investigación. La participación temprana de los usuarios finales reales también es importante.
EMO Hannover: usted está trabajando en el proyecto de la Unión Europea “Dyna-Tool – Incrementando la eficiencia en el mecanizado” junto con socios internacionales. ¿Puede la experiencia ganada aquí también ser transferida a los materiales híbridos?
Frank Barthelmä: sí, porque cada material utilizado en componentes híbridos tiene diferentes propiedades de dureza o estructura, por ejemplo. La tecnología de sensores debe poder registrar o analizar estas propiedades con la precisión suficiente para obtener información que se pueda utilizar en el diseño del proceso. Esto ayuda a prevenir que se acumulen fenómenos como vibraciones no deseadas. Proyectos como Dyna-Tool demuestran cómo se puede evitar esto al intervenir en una etapa temprana en el proceso. El objetivo era investigar cómo se pueden usar los sensores en herramientas y portaherramientas para estabilizar los procesos de mecanizado a pesar de la vibración.
EMO Hannover: las construcciones híbridas en capas no solo se utilizan para piezas de trabajo. Algunas herramientas también se fabrican de esta manera, incluidas algunas que usan en manufactura aditiva. ¿Cómo afecta la impresión 3D al comportamiento de estas herramientas híbridas (elasticidad, desgaste, comportamiento de vibración) durante el mecanizado? ¿Qué deben tener en cuenta los usuarios?
Frank Barthelmä: es importante que las propiedades de las herramientas híbridas o aditivas sean al menos tan buenas, si no mejores, que las de las herramientas convencionales. Este es siempre el caso cuando se usan procesos aditivos para crear elementos formados o geometrías que de otro modo no serían posibles.
La construcción ligera también es de particular importancia aquí, por supuesto. En la conferencia de herramientas Schmalkalden, por ejemplo, presentamos grandes brocas híbridas en la zona de experimentación de GFE. Hemos creado una estructura transversal en capas para herramientas de perforación de gran diámetro y hemos reducido significativamente el peso de toda la herramienta mientras mantenemos la misma estabilidad probada a través de una ingeniosa disposición de estructuras de cavidades dentro del cuerpo de la herramienta. Además del ahorro de peso, otras ventajas son que las herramientas tienen una menor tendencia a vibrar, especialmente a velocidades más altas, y hay una mejora en la calidad de los orificios como resultado de un funcionamiento suave.
