Avanzando para reducir los costos del titanio

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

Hay ventajas significativas al incluir la forja en el repertorio de un taller mecánico. Con los avances recientes en los controles y la automatización de las prensas de forja hidráulicas, se pueden forjar piezas de titanio de precisión con tolerancias extremadamente ajustadas y en un volumen relativamente alto. La forja también puede reducir los costos de insumos de titanio hasta en un 50 por ciento.

Sin embargo, para forjar titanio según 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.

Para producir de forma rentable piezas de titanio grandes y complejas, FPD Co., con sede en Pensilvania, un taller mecánico que produce componentes médicos y aeroespaciales, invirtió en una nueva prensa personalizada capaz de ofrecer un mayor control con un mayor tonelaje.

“Queríamos aumentar nuestra gama de piezas forjadas y eso requería una prensa más grande con controles más sofisticados para las piezas de titanio. Ya teníamos una prensa de 2.500 toneladas, que es relativamente pequeña para el titanio. Al mismo tiempo, necesitábamos mejorar el control, la calidad y los tiempos de ciclo”, afirmó Jeff Speicher, director general de FPD.

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. Erie Press, que se formó en 1895, ahora forma parte del mayor proveedor de equipos de forja de América del Norte: Ajax-CECO-Erie Press.

Aunque Erie Press diseñó, diseñó y construyó el sistema, FPD brindó aportes importantes sobre los requisitos de diseño. El resultado fue una prensa hidráulica de alta velocidad personalizada capaz de producir 3000 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 constante 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 formas casi netas que requieren un mecanizado mínimo o nulo. Si una pieza necesita mecanizado adicional para orificios, orificios u otras características secundarias, también podemos hacerlo”, explicó Speicher, y agregó que FPD proporciona amplios servicios de mecanizado CNC de cinco ejes in situ.

El equipo de forja de Erie Press está diseñado con un sistema servohidráulico exclusivo que permite un mayor control de la carrera de forjado y la fuerza aplicada, según Speicher. 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 velocidad de descarga del acumulador ajustada mecánicamente.

Para algunas geometrías de piezas, la tasa de deformación del titanio puede requerir perfiles de velocidad variables durante todo el proceso de formación. La alteración de la tasa de deformación permite a FPD lograr una mayor vida útil del troquel y, al mismo tiempo, crear mayores detalles al rellenar las almas y las esquinas de la cavidad del troquel más adelante en la carrera. Speicher dijo que el sistema servohidráulico permite una resolución extremadamente alta al definir esos parámetros. Además, el controlador de posición de la prensa publica (en el servidor de la planta de FPD) un trazado de alta velocidad o una 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" [0,25 mm].

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 de forma remota (dentro de la planta o fuera del sitio) a través de una PC, computadora portátil o teléfono inteligente.

"Erie Press incorporó en el diseño una HMI basada en gráficos, muy fácil de usar, que puede guiar paso a paso incluso a alguien que no esté familiarizado con el proceso de forjado", dijo Speicher, señalando que el sistema HMI del fabricante de prensas de forja es un "digital" virtual. gemelo” de la máquina real mientras funciona.

“La prensa tiene sensores que monitorean la posición del ariete, la salida de la bomba, las posiciones de las válvulas, etc., 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 problemas con éxito 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 localizar información sobre números de piezas y esquemas de cableado. Se pueden buscar documentos técnicos en PDF actualizados y los esquemas de cada componente de la máquina y se pueden visualizar rápidamente según sea necesario.

La automatización del equipo de forja de Erie Press permite al operador cambiar las matrices calientes en menos de diez minutos. Un cambio de forjado es completamente sencillo y solo requiere entradas a la HMI. El tocho y las piezas de titanio se precalientan en un horno eléctrico, mientras que las herramientas se precalientan fuera de línea. El operador, que trabaja detrás de un sistema de puerta de bloqueo por seguridad, utiliza una palanca de mando para transferir las herramientas a la prensa, que se sujeta hidráulicamente en su lugar. Se escanea un código de barras en la fresadora de producción, que activa un programa de forjado específico para la pieza en el controlador.

FPD trabajó con Erie Press para incluir características de seguridad como impedir que el programa se ejecute si los códigos de barras de los juegos de herramientas y 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 da una enorme capacidad de producción", dijo Speicher.

Controlar la velocidad de carrera también puede ayudar a prolongar la vida útil de la herramienta, según FPD. “Con el servocontrol hidráulico, el operador puede variar la velocidad de la carrera de la prensa con mucho más control, lo que prolonga la vida útil de la herramienta. Según nuestras estadísticas internas, la nueva prensa ha ampliado la vida útil de la herramienta en aproximadamente un 50 por ciento”, afirmó Speicher.

También hay importantes ahorros de costos en comparación con el enfoque de mecanizado convencional. “Dependiendo de la geometría de la pieza, normalmente podemos reducir el precio unitario entre un 30 y un 50 por ciento en comparación con una pieza mecanizada a partir de barras, placas o palanquillas. Esto se debe al uso de menos material de entrada y el titanio es muy caro”, explicó Speicher.

Para los talleres mecánicos, agregar forjado avanzado de piezas de titanio a su capacidad de mecanizado existente puede mejorar la velocidad y el control de la producción, afirmaron los socios, así como reducir significativamente los costos de los insumos, todo lo cual mejora los resultados.

Para obtener más información sobre Ajax-CECO-Erie Press, visite www.AjaxErie.com o llame al 814-455-3941. Para obtener información sobre FPD Co. visite www.fpdcompany.com o llame al 724-731-2137.

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