Articulo 5  Procesos de Manufactura II – 2 – Grupo 1 – Cárdenas – Casas – Mendez.doc              

 

Introducción

 

Hemos traído un artículo que puede interesar a la industria aeroespacial ya que es acerca de un maquinado mucho más rentable, rápido y sencillo. Esto es posible gracias Markus Stanik de la empresa Hamuel Maschinenbau GmbH & Coen Alemania. Gracias a su gran experiencia ha logrado inventar una serie de máquinas eficaces a la hora de realizar el maquinado de los alabes, este proceso debe ser muy preciso, porque de lo contraria la eficiencia del alabe puede variar considerablemente. Junto a sus socios, uno de ellos SIEMENS encargado de la interfase funcionamiento DriveCliq. Al utilizar esta conexión digital todos los componentes equipados apropiadamente se detectan de manera automática y sólo se requiere un cable para lograr la conexión adecuada. También existen datos de los diagramas de circuitos para los motores, así como características de los valores de los sistemas de codificación. Esto evita la necesidad de hacer programaciones manuales durante la instalación, con lo que se facilita esta tarea al tiempo que se hace más rápido y confiable.

 

Figura 1. Markus stanik junto a una maquina HSTM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: Metalmecánica internacional

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Desarrollo

 

Los modernos centros de torneado y fresado de cinco ejes se están convirtiendo en la mejor opción para el maquinado de álabes de turbinas.

La experiencia es la base sólida sobre la que la firma de Meeder, Alemania, Hamuel Maschinenbau GmbH & Co, suele negociar: 85 años en la fabricación de máquinas herramienta, 35 produciendo equipos CNC, 25 en la manufactura de máquinas de 5 ejes simultáneos y casi 10 construyendo centros de torneado y fresado de 5 ejes.

 

Actualmente, la firma Hamuel se sostiene en tres estándares: 
1) La producción de componentes de máquinas herramienta (como unidades de ejes, bases y cuerpos de máquinas).
2) El desarrollo y construcción de centros de fresado con controles CNC.
3) La producción de centros de torno y fresado de 5 ejes.

 

Las empresas líderes en fabricación de turbinas para aviones y la generación de poder han sido principalmente las que se han llevado una buena impresión con respecto a la rápida respuesta, la capacidad y la precisión de estos equipos.

 

Maquinado de alta precisión

Las HSTM que tiene los controladores CNC Sinumerik 840D sl, es empleado principalmente para producir álabes de turbina y blisks (discos de turbina) utilizadas en las turbinas estacionarias de gas y vapor, así como para turbinas móviles para motores de jets y grandes turbocompresores. Estos productos siempre están hechos de materiales muy duros como titanio o aceros de alta aleación.

Las desviaciones de forma son un tabú en estas aplicaciones porque, incluso, los errores más pequeños podrían reducir de manera significativa la eficiencia de las turbinas. Por lo tanto, son muy entendibles los altos requerimientos esperados en las máquinas herramientas. El gerente de ventas de Hamuel, Jochen Schaede, explica que sus clientes “por lo regular son fabricantes de grandes álabes de turbina de hasta 1,000 mm en piezas forjadas. En contraste, las piezas más pequeñas se someten a procesos de fresado de piezas de material sólido con radio de desbaste aproximado de 80%. Esto hace obvio que nuestras máquinas no sólo tienen que hacer cortes grandes de manera productiva, sino que además deben tener acabados de alta precisión”. Mientras que la productividad tiene su origen en el corte sin pulir, la precisión es más importante en los acabados posteriores de las superficies de forma libre. “Con respecto a la precisión, nuestros centros de maquinado de alto desempeño alcanzan precisión micrométrica ayudando a una excelente calidad de superficie”, agrega Schaede.

 

También es importante que todos los componentes estén dispuestos de forma tal que los álabes y blisks (hélices), sujetos de manera horizontal, puedan ser maquinados de manera óptima. Esto también se facilita por la orientación de inclinación de 45° en los ejes, pues asegura un buen arranque de la viruta incrementado aún más por el lavado permanente del área interna de la máquina. La accesibilidad también ha sido mejorada por esta orientación inclinada de los ejes.

 

Este diseño y construcción de las máquinas HSTM equipadas con accionamientos directos precisos de los equipos de Siemens, permiten alcanzar un posicionamiento con una precisión máxima de 5 µm con velocidades transversales que alcanzan los 40 m/min en todos los ejes lineales. De hecho, los ejes giratorios de gran velocidad alcanzan una precisión de 3 µm, lo que permite al usuario alcanzar un alto grado de productividad, precisión y con rangos de acabado de superficie de fracciones de micra (Ra= 0.8 µm), para también alcanzar satisfactoriamente los requerimientos establecidos en la industria en la fabricación de álabes.

 

 

Figura 2. Equipo HSTM  en operación

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: metalmecánica internacional

 

Ventajas del CNC

Entre los grandes retos de la fabricación de álabes de turbina se encuentran las transiciones superficiales críticas (los bordes delanteros y traseros). Para lograr una alta calidad las rutas de fresado descritas con los puntos de interpolación de los puntos deben tener una velocidad constante de maquinado. Como consecuencia, los bordes trasero y delantero exigen aceleraciones angulares extremas. El número de puntos de interpolación de la curva a ser descritos es, de manera correspondiente, muy alto.

El controlador enfrenta entonces el reto de establecer un proceso confiable para la generación de los pasos del control numérico (NC) que están apoyados por el bloque rápido de tiempos de ciclo y la función de anticipación del CNC. “Difícilmente un controlador puede ofrecer la información de accionamiento para los cinco ejes en el poco tiempo requerido de una manera tan confiable como el controlador Sinumerik 840D sl”, asegura Schaede.

Además de las propiedades primarias de precisión, productividad y confiabilidad, en Hamuel también aprecian otras propiedades de la ingeniería de control y accionamientos Siemens como la interfase DriveCliq.

 

Figura 3. Manufactura de superficies de formado libre de alta precisión para los álabes de las turbinas

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: metalmecánica internacional

 

Máquinas más grandes

La capacidad de los centros de torneado y fresado también dependen en gran medida de los ejes de motor de 54 kW de Weiss. Estos están equipados con los portaherramientas HSK A63, que les permiten asegurar la velocidad de corte requerida para el desbaste en bruto, además de las altas velocidades (hasta 16,000 RPM) requeridas para trabajos de acabado fino. Esto se traduce en una velocidad de corte adecuada y consistente. Como un detalle práctico, los ingenieros de Hamuel resaltaron los engranes integrados Hirth, que facilitan la sujeción del husillo y liberan de carga a los cojinetes durante el proceso de torneado.

Los tamaños de las máquinas de la serie HSTM están pensados para la longitud de las piezas de trabajo producidas bajo estándares en los rangos de ≤ 500 mm (HSTM 300) a 1750 mm (HSTM 1500). En caso de requerimientos especiales, la empresa puede fabricar maquinaria de mayor tamaño. Un proyecto para la fabricación de álabes de gran tamaño (de hasta 2500 mm) de largo actualmente está en ejecución. El CEO de la firma alemana, Markus Stanik, explica que “gracias a nuestro modelo de construcción modular de máquinas podemos satisfacer los requerimientos especiales con la producción de centros de torneado y fresado de estas dimensiones”.

Ya existen nuevos desarrollos en una fase de introducción. Por ejemplo, en un futuro cercano, se podrá utilizar un gas especial para refrigerar las herramientas en las máquinas HSTM.  “Este material no sólo presenta propiedades excelentes para eliminar vibraciones, sino que además nos ha permitido reducir de alguna forma la dependencia de los proveedores de acero”, advierte Markus Stanik. Para los usuarios de la maquinaria, los beneficios son directos en cuanto a la mejora de la calidad de las superficies y el incremento de la vida útil de las herramientas.

 

Conclusiones

estas nuevas maquinas HSTM diseñadas por esta capacitada empresa son el futuro en la industria aeroespacial. son muy factibles y confiables para todas las empresas encargadas de elaborar alabes. el proceso de elaboracion ahora es mucho mas precisa (gracias al CNC controlado por siemens), mas rapida y los productos salen con buenas propiedades mecanicas. por tal razon Hamuel Maschinenbau GmbH & Co es de las empresas mas cotizadas por productores de turbinas para aviones y generados de poder.

 

 

 

Referencias

[1] fabricación de alabes: mas fácil,  mas rápido, más preciso , metalmecánica internacional, octubre de 2014, tomado de http://www.metalmecanica.com/temas/Fabricacion-de-alabes,-mas-facil,-mas-rapido,-mas-preciso+100458?tema=6220000&pagina=2