Mecanizado el Balón de fútbol “Telstar”

El balón de fútbol utilizado para los Campeonatos Mundiales de la FIFAde 1970 y 1974 fueron nombrados después de la Telstar, la primera comunicación no militar de un satélite, que fue lanzado al espacio por la NASA y AT & T en 1963. La pelota Telstar lleva más de 20 blancos hexagonalmente y 12 negras piezas pentagonales que fueron cosidas juntas.

Esta pelota sirve como modelo para una pieza de trabajo que se puede fresar en una máquina de 5 ejes. La pieza de trabajo resultante está siendo utilizado como una pieza de prueba para demostrar la precisión de mecanizado con fresado de 5 ejes. La pieza de trabajo Telstar fue fabricada en tres pasos de mecanizado sobre la base de espacios en blanco:

1) Fresado de tres ejes de los pentágonos con caminos verticales y cortador inclinado

2) Fresado de tres ejes de los hexágonos con trayectorias horizontales y cortador inclinado

3) Fresado de cinco ejes de las costuras

mecanizado telstar

Una apariencia óptica perfecta es posible solo si las “costuras” entre los pentágonos y hexágonos son fresado con precisión constantemente excelente a pesar de un tiempo de mecanizado de más de dos horas. En las intersecciones, exactamente tres costuras se encuentran molidas con varias inclinaciones de cuchillas. Una intersección puede por lo tanto ser mecanizada con precisión solo si la herramienta del cortador se posiciona con tres diferentes inclinaciones exactamente en el mismo punto.

Sin embargo, los tres ángulos de inclinación del cortador requieren grandes movimientos de compensación en los ejes lineales. Para cada costura, una posición muy diferente de la lineal y rotativa genera resultados de ejes en la posición TCP de una intersección. Durante el fresado, los errores de posicionamiento en uno o más ejes de alimentación evitan inevitablemente el TCP posiciones de coincidir al fresar las tres costuras en su intersección.  Una alta precisión en el posicionamiento de todas las unidades de alimentación es indispensable para el mecanizado preciso de las costuras, incluidas las intersecciones. Para una evaluación visual simple de Telstar precisión de la pieza de trabajo, una profundidad de 0,15 mm costura se fabrica en todo con un cortador de 25 mm de diámetro. Esto resulta en una una sección transversal muy plana, de modo que incluso el error más pequeño en la profundidad de la costura causa claras fluctuaciones del ancho de la costura.

Si la pieza de trabajo se fabrica en una máquina en un circuito semi-cerrado, el posicionamiento la precisión y la repetibilidad son limitadas por el error de transmisión de la recirculación bola-tornillo en los ejes lineales y la transmisión en los ejes giratorios. El resultado sería que el ancho de la costura fluctúa en la pieza de trabajo. Las intersecciones no pueden coincidir exactamente con cada costura, para que una clara desplazamiento de los centros de las costuras resulta. En un circuito cerrado, los ejes de alimentación alcanzan muy alta precisión de posicionamiento y repetibilidad sobre todo el rango de poligonal. Esto hace Mecanizado preciso de secciones vecinas en la pieza de trabajo posible, incluso con grandes cambios en la orientación del cortador y sustanciales períodos entre el mecanizado individual.

La precisión alcanzable es visible en las intersecciones de la costura caminos. En cada intersección se aborda en todos tres vetas vecinas. Además, en el ancho de la costura permanece constante en todo circunferencia de la pieza de trabajo

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¿El mecanizado de precisión se sigue usando?

¿El mecanizado de precisión es un arte que se está perdiendo?

El mecanizado de precisión sigue siendo un servicio esencial utilizado en la creación de piezas y componentes de muchas herramientas y elementos que utilizamos y de los que dependemos en la vida cotidiana. De hecho, el mecanizado de precisión admite nuevas tecnologías avanzadas que se desarrollan y también nuevo hardware, que se acopla con éxito a lo ya existente. Pero, ¿qué es exactamente el mecanizado de precisión? Vamos a verlo…

Mecanizado de precision
Piezas generadas con mecanizado de precisión

¿Qué es el mecanizado de precisión?

El mecanizado de precisión es un tipo de fabricación de piezas de metal que es esencial para crear y diseñar máquinas, piezas, herramientas y todo tipo de hardware, que son esenciales en la fabricación moderna para mantener la calidad y las tolerancias necesarias, que funcionan bajo especificaciones extremadamente ajustadas. Se utiliza para componer los objetos grandes y pequeños de todo tipo de maquinaria, y para fabricar elementos que usamos en la vida cotidiana. Si un objeto se compone de muchas piezas pequeñas, a menudo será necesario realizar un mecanizado de precisión para garantizar que encajen de forma precisa y funcionen correctamente.

El mecanizado de precisión puede definirse como la utilización de la función más alta de una herramienta, programa, talento de ingeniería o equipo, superando los límites de creación de características de diseño y ciencia de materiales y realizando estas operaciones bajo las tolerancias más estrictas definidas por cualquier subconjunto de estos parámetros de fabricación. Obviamente, el mecanizado de precisión ha evolucionado con el tiempo, y los avances en todas las tecnologías relacionadas ayudan a superar los límites que definen el mecanizado de precisión y mejoran el rendimiento de manera consistente. El arte real en el mecanizado de precisión viene con la relación entre la computadora y el diseño humano conjugados, para obtener la creación de características únicas, y salida y funcionalidad altamente controladas e impulsadas por avances en dinámica de fluidos, control químico, mecánica y durabilidad, siempre requeridos en hardware de tecnologías modernas. El mecanizado de precisión es particularmente importante para crear herramientas y piezas de manera precisa, estable y se puede repetir con consistencia, precisión y durabilidad en el tiempo.

que es el mecanizado de precision
Operaro en mecanizado de precision

¿Para qué se utiliza el mecanizado de precisión?

El mecanizado de precisión es un proceso de sustracción utilizado en los casos en los que el material debe eliminarse de un producto sin procesar para crear el producto terminado con la forma deseada. El mecanizado de precisión se puede utilizar para crear una amplia variedad de productos, artículos y piezas para cualquier cantidad de objetos y materiales diferentes. Estas piezas generalmente requieren una variación de tolerancias estrechas desde las dimensiones nominales y de tamaño, lo que significa que no hay mucho margen de error en la producción de la pieza. La repetibilidad y las tolerancias bien controladas son características esenciales en el mecanizado de precisión.

Historia del mecanizado de precisión

La historia del mecanizado de precisión se remonta a la revolución industrial, un momento en el que los fabricantes tuvieron la oportunidad de producir piezas extremadamente precisas. Antes de esto, los artesanos expertos utilizaban formas manuales para fabricar objetos, un proceso que requería mucha mano de obra y era increíblemente costoso. Desde entonces, ha habido numerosas innovaciones destinadas a mejorar los procesos de producción.

historia del mecanizado de precision
¿Qué es el mecanizado de precisión?

En términos generales, el mecanizado de precisión se refiere al proceso de elaboración de productos con formas y estándares exactos. Esto significa que todos los productos deben tener límites mínimos en cuanto a variabilidad, unas dimensiones correctas y tolerancias reducidas. El nivel de precisión de un producto determinado dependerá del propósito para el que se fabrica, por ello algunos productos tienen una medida y un corte más precisos que otros. Este nivel de exigencia la marca el cliente al hacer el pedido, según las necesidades que tenga él a su vez en sus procesos de montaje o producción de otras piezas.

Historia del mecanizado de precisión

Cuando el trabajo manual se empleaba para producir productos que requerían una elevada precisión, se gastaba mucho tiempo y recursos en el proceso de elaboración. La calidad de los productos tampoco estaba garantizada bajo esta forma de producción.

Poco después de la Segunda Guerra Mundial, la industria cambió increíblemente. Se introdujeron máquinas CNC y otras modernas máquinas de precisión, reduciendo la cantidad de personas necesarias para realizar el trabajo físico. En lugar de utilizar formas de producción manuales, las máquinas necesitaban programación informática. La demanda de mano de obra calificada por parte de los ingenieros también aumentó, cambiando el perfil de profesionales que se comenzó a contratar y por supuesto, también a formar, en los talleres y centros educativos donde se preparan a los operarios para este oficio del mecanizado.

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Las innovaciones y los cambios buscaban abordar los problemas que antes estaban asociados con la mecanización de precisión. Con máquinas capaces de generar una enorme producción en masa y a la vez estando centradas en los detalles, el coste de la producción se redujo significativamente. Por supuesto se mejoró la precisión, con lo que se cumplieron las dimensiones y los estándares más exigentes, en gran parte debido a la eliminación de la amenaza del error humano a la hora de generar manualmente las formas de las piezas.

Si echamos un vistazo atrás, es evidente que la historia del mecanizado de precisión ha recorrido un largo camino hasta llegar a los procesos de los que disponemos a día de hoy. No hay duda de que el mecanizado de precisión ha cambiado significativamente desde que se inventó. Sin embargo, los principios que subyacen a la tecnología han dado lugar a avances en la tecnología en forma de impresión 3D, que, presumiblemente, acabe siendo la forma predominante de mecanizado de precisión, superando las prestaciones que ofrecen las actuales máquinas consideras de mecanizado de precisión e incluso a las de mecanizado por láser. En términos de coste, en cuanto a uso de material, la mejora es enorme, pues sólo se “genera” el material que formará parte de la geometría de la pieza necesaria. Aún más, se reducen los costes de reciclado o eliminación de estos materiales.

Variantes en el mecanizado por láser

Hoy en día existen diferentes tipos de servicios de mecanización por láser utilizando máquinas de diferentes tamaños, según los tipos de proyectos (producción de prototipos, producción a gran escala…).

Una empresa clásica ofrece una amplia gama de variantes de de mecanizado láser, que por lo general suelen ser altamente rentables, y están disponibles para aplicaciones que van desde la creación de prototipos hasta la fabricación  en cadena. Y esto es posible gracias a una variedad de tipos de láser, desde excímeros ultra violeta hasta láseres YAG. Disponiendo de esta tecnología, actualmente podemos micromecanizar la mayoría de los materiales que nos encontramos en el mercado (por ejemplo, polímeros, metales, cerámica, vidrio…). Los ingenieros de una planta de producción analizan cada caso y escogen el sistema de láser más apropiado para mecanizar las piezas del encargo de un cliente, según: el tamaño, las características, las tolerancias, el volumen y el material.

mecanizado por laser


Continuamente se desarrollan en el mundo nuevas capacidades de mecanizado láser. Los nuevos sistemas de micromecanizado láser están equipados con algunas de las configuraciones de óptica de vanguardia, con sistemas de movimiento ultra preciso. Prácticamente cada año se logra empujar los límites de la tecnología de mecanizado por láser hasta unas nuevas fronteras de calidad, precisión y coste.

Con estos avances, la lista de metales que se mecanizan por láser con mayor frecuencia se pueden dividir en dos: en los polímeros y en los metales.

  • Los polímeros que se mecanizan de manera más frecuente son poliestireno, policarbonto, Kapton, Cirlex, PMMA, PTFE, Mylar y PEEK. El tipo de polímero que se mecaniza y su espectro de absorción de la radiación son aspectos críticos para determinar la fuente de láser óptima que se utilizará. Típicamente, la manera de conseguir los mejores resultados es la de igualar el punto de transmisión de un material a la longitud de onda del rayo del láser. Los láseres ultra violeta inciden en el material y producen una excitación “más fría” en los polímeros, lo que resulta en una calidad de corte extremadamente limpia, logrando que sea mínima la zona afectada por el calor del láser. Las consideraciones clave a la hora de elegir la fuente de láser adecuada incluyen la calidad de corte deseada, el tamaño, las características mecánicas y el rendimiento económico esperado. Existe una amplia gama de parámetros ajustables durante el proceso que pueden optimizarse para cumplir con los objetivos del cliente. Por ejemplo, los aparatos de láser que producen pulsaciones más cortas pueden mejorar la calidad del corte y también reducir la zona afectada por el calor. El tamaño es una característica importante también, pues según las necesidades de precisión en el corte, se pueden llegar a usar láseres que generan cortes de una micra.

mecanizado laser

 

  • Los metales que se mecanizan por láser de manera más habitual son: acero inoxidable, cobre, oro, tantalio, aluminio y nitinol (aleación de níquel y titanio). Las característias más influyentes en la elección de la tecnología de láser utilizada son el tipo de metal, la reflectividad del material y el tamaño. El rayo láser que se proyecta sobre el metal se absorbe en la superficie de la pieza y la energía del láser se convierte en calor, que vaporiza o derrite el material metálico, produciendo así los cortes necesarios para conseguir las formas deseadas. Con frecuencia se utiliza un gas o fluido para mejorar la calidad del corte, expulsar el metal fundido y minimizar la zona afectada por el calor emitido por el láser. Los láseres de infra rojos son, por lo general, la primera opción para los metales que se quieren someter a la micromecanización, atendiendo a razones de de calidad y coste. Cuando se requieren precisiones de menos de 10 micras, el láser ultra violeta puede ser una buena alternativa al infra rojo, siempre que que el espesor del metal es inferior a 0,01 centímetros.

Se escoja el material que se escoja, las funciones y posibilidades que ofrecen las nuevas tecnologías de mecanizado por láser permiten cortar las piezas de mecanizado en sustratos planos extremadamente finos y en tubulares, utilizando sistemas de movimiento de múltiples ejes de alta precisión. Además, los sistemas modernos son impulsados ​​por tecnologías avanzadas que ya no requieren máscaras ni herramientas auxiliares costosas. La única necesidad adicional a las máquinas de mecanizado es la planificación de los ingenieros de la plantilla.En definitiva, el mecanizado por láser puede ser una forma muy rentable de fabricar piezas muy personalizadas, tanto en prototipos como en altos volúmenes de producción.

Tipos de mecanizado de precisión

El M.D.E. (mecanizado por descarga eléctrica) tiene su fundamento en la eliminación de trozos de metal de una pieza de trabajo mediante el envío de una corriente eléctrica, a través de un electrodo o cable. El principio es el mismo que el que se usa para la erosión del alambre, es decir, se realiza hundimiento y microperforación. Esta técnica garantiza unos resultados muy precisos en términos de dimensiones y en la calidad del acabado superficial, independientemente del tipo de metal que se mecanice.

El primer paso es la perforación para conseguir un microagujero en la pieza. Tras ello, se hace pasar un cable especial a través de la pieza de trabajo y con ello se maniobra para la erosión del metal. Este tipo de mecanizado, de alta precisión, es ideal para elaborar prototipos, piezas individuales y series de producción medianas, ya que conlleva un tiempo de procesado mayor que otros métodos más sencillos. Además, como ventaja adicional, este proceso no deja virutas.

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Posteriormente las piezas terminadas se pueden integrar como parte de otros conjuntos complejos. Las piezas se pueden montar juntas dentro de un aparato de microerosión o bien darlas por finalizadas, según las necesidades del cliente. Toda la instalación de máquinas está controlada digitalmente y está robotizada.

La erosión de alambre se ejecuta mediante un cable configurado para moverse en direcciones y ángulos específicos, y se logra cortar la pieza de trabajo, que se ajusta en una posición determinada y se mantiene en su lugar. Durante el proceso, la pieza de trabajo está sumergida permanentemente en un baño de aceite dieléctrico, que esta especialmente diseñado para favorecer el proceso. También puede usarse un baño de agua desionizada. Estos líquidos se filtran continuamente y se reemplazan por líquido nuevo, al ir incorporando las virutas de metal desprendido de la pieza original.

Una variante a este método es el troquelado, donde un electrodo, que se ha mecanizado previamente con la forma requerida, se acerca a la pieza de trabajo y mediante él se erosiona el material, con el tamaño necesario y consiguiendo diseñar formas complejas. El troquelado puede ser de tipo Perforación a alta velocidad: se utiliza un electrodo tubular que puede perforar materiales especialmente duros.

Este tipo de troquelado ofrece una serie de ventajas como: mecanizado de precisión alta, mecanizado de piezas pretempladas, mecanizado de metales ultra duros como acero templado y carburos, posibilidad de producir piezas de cualquier forma compleja que sea requerida, y un excelente acabado superficial.

Mecanizado de precision
Las piezas a mecanizar deben ser conductores eléctricos, siendo válidos materiales como acero, titanio, carburos, acero inoxidable, titanio, carburo de tungsteno…
Otra variante, la conocida como Erosión de alambre en baño de aceite, es aún de mayor precisión y con ello de coste. Sus principales clientes provienen de los campos de equipamiento médico, relojería, artículos de lujo, aeronáutica, energía y automóvil… Sectores con grandes costes de producción. Este proceso de mecanizado garantiza cero corrosión, alta precisión y un acabado superficial que tiene un índice de rugosidad extremadamente bajo (Ra).

En este tipo de procesos es muy habitual el diseño de electrodos propios para cada pedido, al ser requerido un nivel de calidad extremadamente alto. Los electrodos normalmente se diseñan y producen internamente, en los departamentos de I+D+i de la empresa de mecanizado, aunque a veces se compran a otras empresas que están aún más especializadas. En este tipo de procesos, al utilizar velocidades de mecanizado relativamente lentas (0,3 a 11 milímetros por minuto), los resultados finales son los de mayor calidad, en términos de precisión y acabado superficial. Además, las tolerancias dimensionales son increíblemente ajustadas (diferencia máxima de 2 micras respecto a la dimensión especificada).