Suministro eficiente de fluido de corte en herramientas de fresado fabricadas aditivamente

Proveedores relacionados

En el campo de la fabricación en rápida evolución, la búsqueda de eficiencia, sostenibilidad y rentabilidad ha llevado a investigaciones y avances tecnológicos innovadores. Una de esas áreas de innovación es la aplicación de procesos de fabricación aditiva en el diseño y producción de herramientas de corte.

El uso de fluido de corte (refrigerante, MWF) es indispensable en el fresado de materiales y componentes exigentes y difíciles de mecanizar, como por ejemplo componentes estructurales aeroespaciales fabricados con aleaciones de titanio. El fresado productivo utilizando fluido de corte a altas presiones de suministro presenta a la industria manufacturera grandes desafíos para reducir los costos económicos y ecológicos. En particular, aumentar la vida útil de la herramienta y reducir el uso necesario de fluido de corte puede contribuir significativamente a una fabricación sostenible, competitiva y que ahorre recursos en Alemania. La producción de herramientas complejas, diseñadas individualmente y refrigeradas internamente mediante procesos de fabricación convencionales, es muy compleja, costosa y sólo posible de forma limitada.

La libertad geométrica de diseño de los procesos de fabricación aditiva ofrece un enorme potencial en términos de suministro de fluido de corte individualizado, enfocado y con bajas pérdidas. Al procesar materiales en polvo metálico, el proceso Laser Powder Bed Fusion (LPBF) se puede utilizar para rediseñar el suministro de fluido de corte de herramientas de corte indexables. Estas posibilidades se exploraron en el proyecto Tacoma (AiF) en el Laboratorio de Máquinas-Herramienta e Ingeniería de Producción (WZL) de la Universidad RWTH de Aquisgrán. El objetivo era aprovechar el potencial de las herramientas de fresado fabricadas aditivamente mediante el proceso LPBF con respecto a un suministro de fluido de corte adaptado para aumentar la vida útil de la herramienta y la fiabilidad del proceso. Utilizando el ejemplo de herramientas de fresado intercambiables con asientos de plaquita tangenciales, se demostraron las posibilidades y límites de los canales de suministro de fluido optimizados y un diseño de boquilla específico. El proyecto finalizó en marzo de 2023 después de una duración de tres años y de la colaboración con el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT y un amplio consorcio de empresas participantes de los campos de la fabricación de herramientas, la producción de máquinas herramienta, aplicaciones y periféricos de fluidos de corte.

En el proyecto de investigación de Tacoma, se desarrollaron herramientas de fresado indexables de una o varias hileras con suministro de fluido de corte enfocado y de bajas pérdidas, se fabricaron mediante el proceso LPBF y se analizaron en experimentos de mecanizado. Los resultados se utilizaron en directrices de diseño y recomendaciones para las PYME. Después de la calificación de un acero de baja aleación cementado 18MnCrMoV4-8-7 en el proceso LPBF, se identificaron geometrías de canales y boquillas adecuadas en investigaciones de mecánica de fluidos. Aprovechando la libertad geométrica del diseño, fue posible reducir las pérdidas de flujo volumétrico hasta en un 21 por ciento y configurar el chorro libre de fluido de corte de manera más concentrada mediante formas de boquilla adaptadas.

Los resultados se utilizaron luego en el diseño de un sistema de suministro de fluido adaptado en la herramienta de fresado. El diseño se apoyó en simulaciones numéricas CFD para poder hacer afirmaciones sobre la capacidad de rendimiento incluso antes de la validación experimental. Al probar una amplia variedad de variantes de suministro con alta complejidad geométrica y diversidad en herramientas de fresado fabricadas aditivamente para el desbaste del acero tratado térmicamente 42CrMo4+QT y la aleación de titanio Ti-6Al-4V, se extrajeron variantes adecuadas y se encontraron resultados para el fluido de corte óptimo. Se obtuvieron conceptos de oferta. El suministro concentrado y con bajas pérdidas del fluido de corte al filo de la herramienta, que está sujeto a altas cargas mecánicas y térmicas, dio como resultado un aumento de la vida útil de la herramienta de hasta un 70 por ciento en comparación con la herramienta de referencia. Al mismo tiempo, el caudal volumétrico se redujo casi a la mitad, reduciendo así considerablemente la necesidad de energía eléctrica de la máquina herramienta.

El enorme aumento de la eficiencia y el rendimiento en el uso puede compensar los costes económicos y ecológicos adicionales en el proceso de fabricación de herramientas de corte fabricadas aditivamente. En un cálculo de costes ejemplar, se estimó que el precio de la herramienta fabricada aditivamente era casi un 50 por ciento más alto que el de la herramienta de referencia fabricada convencionalmente. Teniendo en cuenta toda la vida útil de la herramienta, los costes operativos de las herramientas fabricadas por LPBF fueron un 39 por ciento más bajos que los costes calculados para la herramienta según el estado de la técnica. Los resultados de una evaluación del ciclo de vida según DIN EN ISO 14040/44 también mostraron el potencial de un impacto ambiental reducido durante el uso de la herramienta. La huella de CO2 calculada para la vida útil de la herramienta se redujo en un 20 por ciento debido al uso más eficiente del fluido de corte y la mayor vida útil de los insertos de corte.

La aplicabilidad de las herramientas de corte indexables fabricadas por LPBF para el mecanizado de servicio pesado en un entorno industrial se demostró en una herramienta demostradora de varias filas. La fresa helicoidal de 16 flautas con suministro de fluido de corte enfocado y de bajas pérdidas se probó en el entorno de producción del proveedor fabricante de aviones Premium Aerotec para el desbaste de Ti-6Al-4V. En comparación con la herramienta de catálogo fabricada convencionalmente, el flujo volumétrico de fluido se redujo en un 25 por ciento, el desgaste de la herramienta se redujo en un 27 por ciento, el volumen de viruta se redujo en un 25 por ciento y, por tanto, se mejoró la evacuación de viruta. Gracias a la funcionalidad mejorada, las herramientas de fresado fabricadas aditivamente con un suministro de fluido de corte adaptado pueden representar una alternativa sensata al estado de la técnica. Los conocimientos adquiridos en el proyecto pueden ser utilizados por fabricantes de herramientas, usuarios finales, así como fabricantes de máquinas herramienta y periféricos.

Por favor ingrese una dirección de correo válida.

Al hacer clic en "Suscribirse al boletín", acepto el procesamiento y uso de mis datos de acuerdo con el formulario de consentimiento (amplíelo para obtener más detalles) y acepto los Términos de uso. Para más información por favor vea nuestra política de privacidad.

Al 23 de marzo de 2021

Naturalmente, siempre tratamos tus datos personales de forma responsable. Cualquier dato personal que recibamos de usted se procesa de acuerdo con la legislación de protección de datos aplicable. Para obtener información detallada, consulte nuestra política de privacidad.

Por la presente doy mi consentimiento para que Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, Max-Planckstr. 7-9, 97082 Würzburg, incluidas las empresas asociadas según §§ 15 y siguientes. AktG (en adelante: Vogel Communications Group) utiliza mi dirección de correo electrónico para enviar boletines editoriales. Puede encontrar una lista de todas las empresas afiliadas aquí.

El contenido del boletín puede incluir todos los productos y servicios de cualquiera de las empresas mencionadas anteriormente, incluidos, por ejemplo, revistas y libros especializados, eventos y ferias, así como productos y servicios relacionados con eventos, ofertas y servicios de medios impresos y digitales, como boletines adicionales (editoriales), sorteos, campañas principales, estudios de mercado tanto online como offline, portales web especializados y ofertas de e-learning. En caso de que también se haya recopilado mi número de teléfono personal, éste podrá ser utilizado para ofertas de los productos antes mencionados, para servicios de las empresas antes mencionadas y con fines de investigación de mercado.

En caso de que acceda a datos protegidos en los portales de Internet de Vogel Communications Group, incluidas sus empresas afiliadas, según los §§ 15 y siguientes. AktG, necesito proporcionar más datos para poder registrarme y acceder a dicho contenido. A cambio de este acceso gratuito al contenido editorial, mis datos podrán utilizarse de acuerdo con este consentimiento para los fines aquí indicados.

Derecho de revocación

Entiendo que puedo revocar mi consentimiento a voluntad. Mi revocación no cambia la legalidad del procesamiento de datos que se realizó con mi consentimiento antes de mi revocación. Una opción para declarar mi revocación es utilizar el formulario de contacto que se encuentra en https://support.vogel.de. En caso de que ya no desee recibir determinados boletines a los que me he suscrito, también puedo hacer clic en el enlace para cancelar la suscripción incluido al final de un boletín. Puede encontrar más información sobre mi derecho de revocación y su ejecución, así como las consecuencias de mi revocación, en la declaración de protección de datos, sección editorial del boletín.

* Tobias Kelliger M.Sc.; Cátedra de Tecnología de Fabricación en WZL de RWTH Aachen.

(ID:49612231)