Seguir adelante para recortar los costos 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.

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, las piezas de titanio de precisión se pueden forjar con tolerancias extremadamente estrechas y en un volumen relativamente alto. La forja también puede reducir los costos de entrada de titanio hasta en un 50 por ciento.

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.

Para producir piezas de titanio grandes y complejas de manera rentable, FPD Co., un taller de máquinas con sede en Pensilvania que produce componentes aeroespaciales y médicos, invirtió en una nueva 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.

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

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 u otras características secundarias, también podemos hacerlo", explicó Speicher, y agregó que FPD proporciona amplios servicios de mecanizado CNC de cinco ejes en el sitio.

El equipo de forjado de Erie Press está diseñado con un sistema servohidráulico único 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 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. Speicher dijo que 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 una firma digital correspondiente al ciclo de forjado de cada pieza para registros históricos y referencias.

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 de posición 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 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, señalando que el sistema HMI del fabricante de la prensa de forjado es un "sistema digital" virtual. gemelo" de la máquina real tal como funciona.

"La prensa tiene sensores que monitorean la posición del pistón, 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 cómo está funcionando 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 se pueden buscar y mostrar rápidamente según sea necesario.

La automatización del equipo de forja de Erie Press 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 tocho 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 incluir 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", dijo Speicher.

El control de 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 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 prolongado la vida útil de la herramienta en aproximadamente un 50 por ciento", dijo Speicher.

También hay ahorros de costos significativos en comparación con el enfoque de mecanizado convencional. "Dependiendo de la geometría de la pieza, normalmente podemos reducir el precio unitario en un rango de 30 a 50 por ciento sobre una pieza hog-out mecanizada a partir de barra, placa o palanquilla. Eso se debe a que usamos 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 insumos, todo lo cual aumenta el resultado final.

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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