Taller de maquinaria utiliza prensa de forja para reducir costos de piezas de titanio

Para producir piezas de titanio complejas de forma más rentable, los talleres de mecanizado incorporan cada vez más equipos de forjado avanzados para complementar sus capacidades CNC existentes para crear piezas con una forma casi neta que solo requieren un mecanizado mínimo. En algunos casos, el proceso de forjado es tan preciso que no se requiere mecanizado adicional.

Con los avances recientes en los controles y la automatización de las prensas de forja hidráulicas, las piezas de titanio de precisión se pueden forjar con tolerancias extremadamente estrechas y en un volumen relativamente alto. La forja también reduce significativamente los costos de entrada de titanio hasta en un 50%.

Sin embargo, para forjar titanio con especificaciones precisas, los talleres mecánicos requieren el equipo adecuado con un control extremadamente estricto de los parámetros de producción. Afortunadamente, los avances en el diseño, los controles y la automatización de las prensas hidráulicas están ayudando a optimizar la calidad, la producción y el precio de los componentes.

FPD Company, con sede en Pensilvania, un taller de maquinaria que produce componentes aeroespaciales y médicos, invierte en una prensa personalizada capaz de un mayor control con mayor tonelaje.

"Queríamos aumentar nuestra envolvente de piezas forjadas, y eso requería una prensa más grande con controles más sofisticados para las piezas de titanio. Ya teníamos una prensa de 2500 toneladas, que es relativamente pequeña para el titanio. Al mismo tiempo, necesitábamos mejorar control, calidad y tiempos de ciclo", dijo Jeff Speicher, gerente general de FPD.

Socios con fabricante de forja

Para lograr sus objetivos de producción, FPD se asoció con Erie Press Systems, un fabricante de prensas de forja mecánicas y prensas hidráulicas diseñadas individualmente desde 1895 que ahora forma parte de Ajax-CECO-Erie Press, el proveedor de equipos de forja más grande de América del Norte.

Aunque Erie Press diseñó, diseñó y construyó el sistema, FPD proporcionó información importante sobre los requisitos de diseño. El resultado fue una prensa hidráulica personalizada de alta velocidad capaz de producir 3.000 toneladas a una velocidad y un perfil de carga totalmente controlados y programables durante todo el recorrido.

"La prensa personalizada, junto con nuestra ingeniería y herramientas, nos permite mantener tolerancias extremadamente estrictas de manera consistente al crear piezas de titanio para las industrias aeroespacial y de dispositivos médicos. Con el equipo adecuado, las piezas forjadas son extremadamente consistentes y podemos producir piezas casi netas. formas que requieren un mecanizado mínimo o nulo. Si una pieza necesita un mecanizado adicional para orificios, perforaciones y otras características secundarias, también podemos hacerlo", dijo Speicher, y agregó que FPD proporciona amplios servicios de mecanizado CNC de 5 ejes en el sitio.

Control preciso de carrera de forja, fuerza

Según Speicher, el equipo de forja de Erie Press está diseñado con un sistema servohidráulico que permite un mayor control de la carrera de forja y la fuerza aplicada. El control de la prensa modula las válvulas de descarga del acumulador servoproporcional para mantener la velocidad programada independientemente de la carga, lo que garantiza un rendimiento de forjado constante. Esta disposición proporciona flexibilidad para forjar piezas en un amplio rango de velocidades que no es posible con una configuración de tasa de descarga del acumulador ajustada mecánicamente.

Para algunas geometrías de piezas, la tasa de deformación del titanio puede requerir perfiles de velocidad variable durante todo el proceso de formación. La alteración de la tasa de deformación permite a FPD lograr una vida útil mejorada del troquel al tiempo que crea más detalles al rellenar las esquinas y las redes de la cavidad del troquel más adelante en el recorrido. Según Speicher, el sistema servohidráulico permite una resolución extremadamente alta en la definición de esos parámetros. Además, el controlador de posición de la prensa publica en el servidor de la planta de FPD un gráfico de alta velocidad o firma digital correspondiente al ciclo de forjado de cada pieza para registros históricos y referencia.

FPD también puede controlar la prensa para golpear la pieza con una fuerza específica o con un límite de tonelaje predefinido. Además, la prensa puede desplazarse hasta una posición programada con una precisión posicional de menos de 0,01".

La interfaz hombre-máquina (HMI) de Erie Press permite a los operadores ver cómo funciona la prensa y anticipar cómo debería funcionar. Esto se logra con modelos y esquemas animados dinámicos, tendencias en vivo y diagramas. La HMI es una aplicación de software que presenta gráficamente información a los operadores sobre el estado de varios procesos en un formato que se parece a la máquina real o al panel de visualización. Se puede acceder a la información localmente (en la máquina) o remotamente (dentro de la planta o fuera del sitio) a través de una PC, computadora portátil o teléfono inteligente.

"Erie Press incorporó un HMI basado en gráficos muy fácil de usar en el diseño que puede guiar paso a paso incluso a alguien que no esté familiarizado con el proceso de forjado", dijo Speicher, y agregó que el sistema HMI del fabricante de la prensa de forjado es un "sistema virtual" digital. gemelo" de la máquina real tal como funciona.

"La prensa tiene sensores que monitorean la posición del ariete, la salida de la bomba y las posiciones de las válvulas, y todos estos parámetros se monitorean en una representación digital de la prensa. Con la HMI, el operador ve el rendimiento de la máquina en tiempo real". dijo Speicher.

La HMI también ayuda a los operadores a monitorear lo que sucede con suficiente información para solucionar con éxito los problemas y volver a poner el equipo en línea rápidamente cuando sea necesario. Por ejemplo, los operadores pueden "profundizar" rápidamente desde un esquema animado de nivel superior para revisar el rendimiento de componentes específicos, como válvulas y bombas, y ubicar información sobre números de pieza y esquemas de cableado. Los documentos técnicos PDF actualizados y los esquemas de cada componente de la máquina también se pueden buscar y mostrar rápidamente según sea necesario.

El equipo de forja de Erie Press incorpora automatización que permite al operador cambiar los troqueles calientes en menos de diez minutos. Un cambio de forjado es completamente automático y solo requiere entradas a la HMI. El lingote de titanio y las piezas de trabajo se precalientan en un horno eléctrico, mientras que las herramientas se precalientan fuera de línea. El operador, que trabaja detrás de un sistema de compuerta de enclavamiento por seguridad, utiliza una palanca de mando para transferir el herramental a la prensa, que se sujeta hidráulicamente en su lugar. Se escanea un código de barras en el enrutador de producción, que llama a un programa de forjado específico de la pieza en el controlador.

FPD trabajó con Erie Press para incorporar funciones de seguridad como evitar que el programa se ejecute si los códigos de barras de los conjuntos de herramientas y las piezas no coinciden con el enrutador, y un golpe de seguridad que el operador debe ejecutar antes de pasar al modo automático.

"Debido a que producimos muchas tiradas cortas, podemos configurar varias veces al día y esto nos brinda una capacidad de producción tremenda", dice Speicher.

Para los talleres mecánicos, agregar forjado avanzado de piezas de titanio a su capacidad de mecanizado existente no solo puede ayudar a mejorar la velocidad y el control de la producción, sino también reducir significativamente los costos de insumos, todo lo cual aumenta el resultado final.

Controlador basado en microprocesador dedicado a una máquina herramienta que permite la creación o modificación de piezas. El control numérico programado activa los servos de la máquina y los accionamientos del husillo y controla las diversas operaciones de mecanizado. Ver DNC, control numérico directo; NC, control numérico.