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May 12, 2023

Taller de máquinas utiliza prensa de forja para reducir los costos de las piezas de titanio

Los talleres de máquinas inteligentes están agregando equipos de forjado avanzados para crear precisión

Los talleres de maquinaria inteligentes están agregando equipos de forjado avanzados para crear componentes de titanio de precisión a un menor costo, en volumen.

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 para incluir la forja en el repertorio de un taller de máquinas. 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.

Para producir piezas de titanio grandes y complejas de manera rentable, FPD Company, un taller de máquinas con sede en Pensilvania que produce componentes aeroespaciales y médicos, decidió invertir en una nueva prensa personalizada única 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 de forja mecánicas y prensas hidráulicas diseñadas individualmente desde 1895 que ahora forma parte del proveedor de equipos de forja más grande de América del Norte: Ajax-CECO-Erie Press.

Una prensa de 3000 toneladas como la de Ajax-CECO-Erie Press presenta un diseño de prensa hidráulica, controles y automatización que ayudan a optimizar la calidad, la producción y el precio de los componentes. 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 constante al crear piezas de titanio para las industrias aeroespacial y de dispositivos médicos", dijo Speicher. "Con el equipo adecuado, las piezas forjadas son extremadamente uniformes y podemos producir formas casi netas que requieren un mecanizado mínimo o nulo. Si una pieza necesita un mecanizado adicional para orificios, perforaciones y otras características secundarias, también podemos hacerlo. "

Con los avances recientes en los controles y la automatización de las prensas de forjado hidráulicas, las piezas de titanio de precisión se pueden forjar con tolerancias extremadamente estrechas, en un volumen relativamente alto. Ajax-CECO-Erie Press

Según Speicher, el equipo de forjado de Erie Press está diseñado con un exclusivo sistema servohidráulico que permite un mayor control de la carrera de forjado 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 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 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, diagramas y tendencias en vivo.

Ajax-CECO-Erie Press incorporó un HMI basado en gráficos y fácil de usar en el diseño que ayuda a los operadores a monitorear lo que está sucediendo para que puedan solucionar problemas con éxito y volver a poner el equipo en línea rápidamente. Ajax-CECO-Erie Press

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 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, ."

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", dijo Speicher.

El precio unitario puede disminuir significativamente con respecto a una pieza extraída debido al uso de menos material de entrada, con la ayuda de una prensa de 3000 toneladas como la de Ajax-CECO-Erie Press.Ajax-CECO-Erie Press

El control de la velocidad de carrera también ha ayudado a prolongar la vida útil de la herramienta.

"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 %", 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 del 30 % al 50 % sobre una pieza hog-out [mecanizada a partir de barra, placa o palanquilla]. Eso se debe al uso de menos material de entrada, y el titanio es muy caro", dijo 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.

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Del Williams es un redactor técnico con sede en Torrance, California.