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Informe de aplicación

Más de 14 x D - y todavía proceso fiable

Fiable y dimensionalmente preciso con una longitud de voladizo superior a 14 x D. El fresado directo supone una reducción significativa de los costes de proceso en comparación con el electroerosionado por penetración.

Siebenwurst ha redefinido por sí misma los límites del mecanizado de ranuras - con el apoyo de Moldino
Siebenwurst se enfrentaba a una decisión: ¿la compleja estructura acanalada, de hasta 56 mm de profundidad, debía hacerse por erosión o fresarse en la placa del molde, de unos cuatro metros cuadrados? El fabricante de moldes de alta tecnología de Dietfurt an der Altmühl optó por esta última opción y ahorró más de la mitad del tiempo y mucho dinero. Gracias, en parte, a la asistencia técnica de Moldino en materia de moldes y procesos.

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Muy satisfechos con el resultado: Maximilian Siebenwurst (izquierda) y Xaver Ferstl de Siebenwurst junto con Christian Gräml de MOLDINO.

La producción de ranuras forma parte del día a día de la fabricación de moldes de plástico. Sin embargo, en la mayoría de los casos se siguen haciendo por erosión de la forma ya probada, a pesar de que los costes son más elevados en comparación con el fresado. Esto se debe a que muchos evitan el riesgo. Christian Karl Siebenwurst GmbH & Co KG, de Dietfurt an der Altmühl, al norte de Ingolstadt, se lanzó hace tiempo al fresado de ranuras y no se ha arrepentido. La empresa de alta tecnología del Upper Palatinate no sólo está en la primera liga en lo que respecta a la fabricación de moldes, sino también como socio de desarrollo, especialista en construcción ligera y proveedor de servicios completos. "Aunque seguimos operando en dos vías, el fresado de ranuras es cada vez más importante para nosotros. Numerosos campos de ranuras distribuidos en una placa de 2.200 mm x 1.900 mm: todo un reto", comenta Xaver Ferstl echando la vista atrás.

"Además, tuvimos que fresar profundidades de ranura de 56 mm en su mayor parte, lo que significaba una longitud de mecanizado de más de 14 x D". Xaver Ferstl es jefe de gestión de herramientas en Siebenwurst. Se refiere a la placa de gran formato del molde de inyección para la producción de una bandeja de batería para vehículos industriales de propulsión eléctrica. Una bandeja de batería que se está desarrollando en el marco del proyecto del campus de investigación "HyFiVe" bajo la dirección del Open Hybrid LabFactory e. V. de Wolfsburg (con financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación BMBF).

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Fresado a la perfección: Xaver Ferstl (izquierda) y Maximilian Siebenwurst junto a la placa de moldeo sujeta en la máquina con la estructura acanalada de dos capas acabada de fresar.

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Junto con la rectificada de 5 mm, se consiguió la longitud de voladizo necesaria de más de 14 x D. Puede verse la estructura de nervios de dos capas, que se fresó completamente en sólo 353 horas.

Siebenwurst, uno de los 15 socios del proyecto procedentes de la industria y el mundo académico, participa activamente en la realización de los moldes de HyFiVe. Uno de los objetivos del proyecto es desarrollar una carcasa modular y escalable para portabaterías con un diseño híbrido de plástico y metal. Se trata de una construcción ligera para su uso en vehículos eléctricos. Esto incluye también el desarrollo de todos los procesos para la producción a gran escala con una amplia gama de variantes.

Y la geometría de esta bandeja para baterías es bastante especial. "La estructura del bastidor es una combinación de perfiles de aluminio con una estructura acanalada inyectada por detrás", explica Maximilian Siebenwurst, miembro del equipo directivo ampliado. El hijo de Christian Siebenwurst, que junto con su hermano Roland encabeza la cuarta generación de la empresa familiar, ha participado en el proyecto del molde HyFiVe desde el principio como jefe de los departamentos de gestión de proyectos y diseño. Estos perfiles en U proporcionan estabilidad mecánica y evitan el pandeo.

En caso de accidente, también protegen la batería de fuerzas de impacto puntuales en toda su longitud. Las fugas de electrolito que suelen acompañar a estos golpes son una de las principales causas de incendio. Por eso se combinaron dos estructuras nervadas superpuestas, lo que Siebenwurst denomina un diseño estructural localmente redundante: "La estructura nervada está diseñada de tal forma que absorbe gran parte de la energía del impacto".

El taller sobre fresado de ranuras sirvió de impulso

Desde hace más de 15 años, las herramientas de corte del fabricante japonés Moldino Tool Engineering (con sede europea en Hilden, cerca de Düsseldorf) se utilizan en muchos lugares de Dietfurt. Principalmente fresas de metal duro, pero también CBN, herramientas de taladrado y fresas de plaquitas intercambiables. El alto grado de satisfacción con las herramientas, que antes se vendían con el nombre de MMC Hitachi Tool, va de la mano del apoyo técnico prestado por Christian Gräml, un optimizador de procesos, como se autodenominan los ingenieros de aplicaciones de Moldino, que lleva varios años ocupándose de Siebenwurst. Además de prestar un intenso apoyo técnico al proceso, organiza regularmente talleres in situ. Christian Gräml sigue siempre el método Production50 (P50) desarrollado por MOLDINO, del que hablaremos más adelante. Hace algún tiempo, el fresado de ranuras también fue objeto de una formación de varias horas de duración. Desde entonces, todos los participantes saben cómo se puede aplicar con éxito este tema en términos de CAM, máquina, selección de herramientas y datos de corte. El cálculo de rentabilidad siempre asociado a P50 contribuyó entonces de forma significativa a la decisión de que las ranuras en Siebenwurst ya no se erosionen únicamente, sino que se fresen cada vez más.

Por eso, Xaver Ferstl tenía muy claro desde el principio qué fresas, estrategias CAM y condiciones de corte de Moldino serían los más adecuados para realizar el proyecto de fresado de ranuras con la herramienta HyFiVe. La selección de la herramienta adecuada fue el ejercicio más sencillo a través de la base de datos de herramientas Quickfinder de Moldino, con el asesoramiento de Christian Gräml (Moldino). Todos los datos de las herramientas, incluidos los datos 3D STEP y 2D DXF, también pueden consultarse a través de Quickfinder. No obstante, en este proyecto no del todo sencillo quedaron numerosas preguntas sin respuesta: Por ejemplo, desarrollar un proceso para evitar tener que cambiar a una herramienta hermana en mitad del fresado de una ranura. Además, ¿cómo se podían realizar de forma fiable profundidades de fresado de hasta 56 mm cuando la base sólo tiene 4,2 mm de ancho? ¿Y cómo se comportaría en términos de vibraciones una herramienta de más de 14 x D de longitud?

La electroerosión también era una opción

El fresado fiable de la estructura acanalada de dos capas no habría sido fácil, a pesar de toda la experiencia previa en este campo. Por eso la empresa se planteó inicialmente erosionarlas y subcontratar este trabajo. "Porque el tamaño de la pieza no habría permitido la erosión ni siquiera en la máquina de electroerosión más grande, la OPS Ingersoll Gantry 1400, que tenemos aquí en la empresa", dice Maximilian Siebenwurst. Se recibieron ofertas para la erosión. Se situaban en torno a las cinco cifras, incluida la producción de electrodos. "Llegados a este punto, dijimos que, a pesar de todos los retos que suponía el proyecto, fresaríamos las ranuras". Sobre todo porque la Parpas Gantry XS de 5 ejes es una fresadora de pórtico, disponible en Siebenwurst, en la que la placa de moldeo puede sujetarse sin problemas gracias a sus varios metros de recorrido. A pesar de su impresionante tamaño, equivalente al de una pequeña casa adosada, la Parpas XS, con HSK-63, fresa con tanta precisión que la tolerancia de +/- 0,01 mm requerida para las ranuras era alcanzable. Xaver Ferstl estaba seguro de que podrían fresar las ranuras. Y en este punto hay que mencionar los nombres de MOLDINO y Christian Gräml.

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Fresado de ranuras con más de 14 x D: La fresa tórica de 4 mm de Moldino ETMP-4040-40-10 en el portaherramientas HSK-63. El corte adicional de 5 mm de longitud puede verse por encima de la zona de convexidad.

La fresa tórica ETMP debería poder con todo

Por ello, Xaver Ferstl, especialista en fresado, llamó a Christian Gräml, que se ofreció inmediatamente a ayudarle. Juntos determinaron en primer lugar el procedimiento básico, es decir, en qué punto del panel comenzaría el fresado de las ranuras y qué pasos seguirían. Rápidamente se seleccionaron las herramientas de fresado adecuadas. En sentido estricto, sólo había una fresa, la ETMP-4040 con un diámetro de 4 mm, pero en dos longitudes diferentes de 32 mm y 40 mm. La ETMP es una herramienta tórica de 4 filos con una convexidad de 1 grado. Gracias al nano-recubrimiento TH45+ aplicado en un proceso de PVD, con esta fresa es posible el mecanizado en duro de hasta 60 HRC, con una vida útil muy larga al mismo tiempo.

Aunque en este proyecto se fresó acero templado 1.2738 no preendurecido, la larga vida útil de la herramienta y la consiguiente fiabilidad del proceso fueron un aspecto importante. "Otra ventaja es que el filo de corte de la ETMP tiene un corte ovalado ", explica Christian Gräml. "Dos filos de corte están sobre el diámetro y dos filos de corte están por debajo del diámetro, de modo que la herramienta es más estable durante el fresado y las vibraciones se mantienen bajas, especialmente en lo que respecta a las largas longitudes de voladizo. Además, la herramienta reacciona sin vibrar en la zona de las esquinas". Esto es especialmente importante en el caso de longitudes de voladizo muy largas. "Porque aquí tuvimos que fresar con una longitud de voladizo de 14 x D. Es decir, ranuras de hasta 56 mm de profundidad con una fresa de 4 mm de diámetro, que es como caminar por la cuerda floja".

Altas velocidades de avance

La programación NC se realizó con Tebis CAM, que Siebenwurst utiliza para generar los programas de fresado (además de Work NC). El software CAM dispone de funciones especiales de desbaste y acabado para ranuras y nervios opuestos, que también pueden automatizarse. Se trata de una estrategia ya preparada en Tebis CAM (R-Plan). "Aquí, el contorno final se fresa a cero inmediatamente sin necesidad de realizar una sobremedida", explica Xaver Ferstl al describir el procedimiento. En la zona de intersección, donde se crean superficies más grandes, también se nivela la estrategia. "Entre otras cosas, así se optimiza la dinámica de la máquina para conseguir los avances de trayectoria necesarios". La fresa realiza movimientos planos y constantes en Z a lo largo del contorno.

A continuación, el optimizador de procesos Christian Gräml especificó la entrada lateral precisa ae de 1,6 mm. Para las ranuras no tan profundas se utilizó la fresa ETMP, ligeramente más corta. Se utilizaron los valores de corte estándar propuestos por Moldino.

Sin embargo, en el caso de los nervios de 56 mm de profundidad, fue necesario ajustar la velocidad, el avance y la profundidad de entrada. "Nuestro objetivo era que cada uno de estos segmentos pudiera fresarse en cinco horas", explica Xaver Ferstl. Al fin y al cabo, ésta era la vida útil de la herramienta previamente determinada en la que no se apreciaba desgaste en el filo de corte de la larga fresa ETMP. El objetivo era sustituir una herramienta gemela después de fresar cada segmento del nervio hasta la dimensión final. Para llegar a este tiempo de mecanizado, se realizaron una serie de pruebas con una pieza de prueba en forma de segmento. Con un avance de 2,3 m/min a algo menos de 10.000 rpm y una profundidad de entrada ap de 0,1 mm, se alcanzaron exactamente estas cinco horas por cavidad.

5 mm de rectificado fue la solución

Pero, ¿cómo iba a funcionar? Porque a 40 mm, la ETMP más larga disponible con su rango de convexidad de 34 mm más 6 mm de longitud de filo era demasiado corto para esta profundidad de ranura. Xaver Ferstl: "La ranura tiene una convexidad de 1 grado y una anchura de 4,2 mm en la parte inferior. Nos habríamos quedado a cero con el cono de la fresa".
Pensamos una y otra vez en cómo resolver este problema. "Entonces decidimos ampliar 5 mm el área del cono de 1 grado de la fresa en una rectificadora aquí en la empresa", dice, describiendo el enfoque pragmático que finalmente condujo al éxito.

Así pues, la longitud del mango de la fresa, de 6 mm, se redujo en 5 mm para adaptarse a la convexidad del diámetro. "Así es como conseguimos entrar en la ranura y seguir teniendo 1/10 mm de holgura. Teníamos que tener eso para poder girar con seguridad a lo largo del margen". Christian Gräml subraya que al fresar ranuras en general, y especialmente para este proyecto, es importante que el proceso de mecanizado sea lo más eficaz posible: "Por eso optamos por un corte de acabado rugoso y fresamos a partir del sólido, lo que es fácilmente posible con la fresa ETMP." También se optimizaron las geometrías de las ranuras. En colaboración con el departamento interno de diseño, se modificaron los contornos en algunos puntos para que resultaran más fáciles de fresar.

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La programación NC se realizó con Tebis CAM, que dispone de funciones especiales de desbaste y acabado para ranuras y nervios opuestos. En este proyecto, el fresado se realizó directamente a partir del sólido utilizando una estrategia combinada de desbaste y acabado hasta las dimensiones acabadas.

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Se realizaron pruebas con esta pieza de ensayo en forma de segmento acanalado hasta alcanzar un tiempo de mecanizado de cinco horas. Sólo cuando el segmento se ha fresado a sus dimensiones finales se debe cambiar a una herramienta hermana.

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Todavía casi como nueva: la fresa tórica de 4 mm Moldino ETMP-4040-40-10 en el dispositivo de preajuste y medición de herramientas, que ha estado funcionando durante cinco horas. La imagen de la cámara muestra que el afilado ovalado del filo de corte aún no ha mostrado ningún desgaste.

"En cuanto a la seguridad del proceso, ahora estaba garantizado que cada segmento individual podía fresarse con una nueva fresa sin necesidad de repasar". Todas las ranuras se fresaron exclusivamente en seco con refrigeración por aire.

Grandes ganancias en tiempo y costes de producción

Christian Gräml, de Siebenwurst, también utilizó para este proyecto el método Production50 mencionado anteriormente. El concepto P50 consiste básicamente en analizar los procesos existentes junto con el cliente para obtener con estos resultados una nueva perspectiva de todo el proceso de producción. Esto incluye también cálculos de rentabilidad que documentan el valor añadido de un cambio.

"La ventaja del fresado de ranuras era especialmente grande con el molde HyFiVe", subraya Maximilian Siebenwurst, Jefe de Gestión de Proyectos y Diseño de Productos. "Elegir el fresado de ranuras en lugar de la electroerosión por penetración supuso un ahorro potencial de costes de hasta el 30 % en este ámbito". Además, también se habrían tenido en cuenta los costes del esfuerzo de pulido, considerablemente más elevado.

En conjunto, el proyecto de fresado de ranuras ha sido todo un éxito, resume Xaver Ferstl. Esto también se aplica a la alta calidad de las superficies laterales fresadas, que es extremadamente importante para el proceso de desmoldeo. Sigue impresionado por el mecanizado sin vibraciones de la fresa ETMP de 4 mm, a pesar de la enorme longitud de voladizo de más de 14 x D. "El hecho de que ésta funcionara con tanta suavidad es un punto culminante en sí mismo", subraya. "Y eso con la entrega y la rapidez. Porque no hay que olvidar que sólo necesitábamos cinco horas por placa".

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El ETMP-TH está disponible con diámetros que van de
2 a 6 mm y con longitudes útiles de 6, 8 y 10xDC.
Para esta aplicación, se añadió un rectificado de holgura de 5 mm de largo por encima de la zona convexa (no visible en esta imagen).

¡La cooperación es la clave del éxito!

Christian Karl Siebenwurst

El principal objetivo de esta empresa familiar con sede en Dietfurt (Altmühltal) es el diseño y la fabricación moldes de inyección complejos. Esto incluye también soluciones completas para procesos especiales de producción de componentes grandes y complejos, con especial atención a las soluciones poco exigentes.
Los especialistas de Siebenwurst planifican y fabrican moldes de inyección y prensado para diversos procesos y tecnologías, como chapa orgánica, procesos híbridos, hidroconformado, RIM RTM y muchos más.

También fabrica troqueles de estampación y conformado. Se centra principalmente en el sector del automóvil, aunque cada vez hay más clientes de otros sectores, como el medio ambiente o la energía. Se cubre toda la cadena de procesos, desde los modelos de diseño hasta las pruebas y la producción de pequeñas series, a la que también contribuye el taller de moldes de la empresa. En 2020, Siebenwurst amplió su cartera para incluir la construcción de máquinas especiales. En la planta de Dietfurt, que actualmente emplea a 300 personas, se fabrican anualmente unos 150 moldes.

La empresa colabora con numerosas universidades y otras instituciones de investigación, así como en el proyecto HyFiVe. Por último, pero no por ello menos importante, el compromiso de Siebenwurst con la optimización de procesos y las tecnologías innovadoras le ha valido el premio "Fabricante de moldes del año" en tres ocasiones hasta la fecha (2009, 2012, 2018). Este galardón lo conceden anualmente en cuatro categorías el Laboratorio de Máquinas-Herramienta WZL de la Universidad RWTH de Aquisgrán y el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción IPT.

www.siebenwurst.com

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