Fabricación de calas a medida mediante fresado CNC

Una cuña metálica es una pieza fina y plana de metal que suele utilizarse para rellenar pequeños huecos entre objetos. Otros fines para los que resulta útil la fabricación de cuñas a medida son proporcionar apoyo, garantizar la nivelación de superficies o ajustar tolerancias en maquinaria.

Las calas metálicas pueden fabricarse con titanio, acero inoxidable, aluminio, cobre o latón. Algunas de las razones por las que se utilizan cuñas metálicas en múltiples industrias son:

• Gran resistencia y durabilidad: Son muy resistentes a las altas temperaturas y a las tensiones, en comparación con el plástico, lo que los hace adecuados para aplicaciones pesadas.
• Ahorre costes a largo plazo: La cuña metálica absorbe las vibraciones y el desgaste, protegiendo así la maquinaria compleja de posibles daños. Esto reduce los costes de reparación y el tiempo de inactividad.
• Extremadamente versátil: Se utilizan habitualmente en la industria del automóvil para espaciar los componentes del motor, alinear correctamente la maquinaria, en construcciones estructurales para nivelar vigas y en fijaciones industriales para montar maquinaria en superficies irregulares.

Algunas de las consideraciones clave a la hora de emprender la fabricación de cuñas metálicas son la selección del material adecuado en función de la aplicación o las condiciones ambientales, las tolerancias de precisión para garantizar una alineación correcta y los requisitos de carga. Otros factores que guiarán la producción son el grosor, la forma y la planitud.

Requisitos del cliente

Un cliente entró en las instalaciones de First Mold para solicitar el servicio de fresado CNC para la fabricación de cuñas personalizadas de bajo volumen. El material preferido por el cliente para la creación de este producto era el titanio. Se esperaba que la cuña producida tuviera un aspecto brillante estándar con una tolerancia realmente ajustada de ±0,0254 mm. El cliente hizo hincapié en una estricta tolerancia de planitud y grosor.

“Esto puede considerarse un pequeño reto, especialmente por la ajustada tolerancia y la naturaleza del material”, dijo el Director General de First Mold, James Li. “Pero nuestro enfoque como empresa siempre ha sido anteponer las necesidades del cliente”.”

Retos y soluciones

Aunque se trataba de un producto de aspecto relativamente sencillo, el material elegido y la cuña de titanio a medida -el fresado CNC de bajo volumen- planteaban retos únicos. El titanio es caro y desechar incluso una sola pieza conlleva grandes pérdidas.

Las piezas finas de aleación de titanio son especialmente difíciles de procesar en el mecanizado CNC. La mayoría de nuestros colegas no suelen aceptar este tipo de pedidos, porque la aleación de titanio es difícil de cortar, y cuanto más fina es la pieza, más fácilmente se deforma. La producción de bajo volumen tampoco es rentable.

Fabricación de calas a medida de bajo volumen

La razón por la que la mayoría de los proveedores rechazan la fabricación de calas de bajo volumen es que no es rentable. El fresado CNC de titanio para crear una cuña personalizada tiene unos elevados costes fijos iniciales derivados de la configuración de la máquina, la programación, la selección de herramientas y la inspección. Este coste fijo inicial debe amortizarse a lo largo de un número reducido de piezas, lo que se traduce en un elevado coste por unidad. Otras razones por las que los proveedores rechazan la producción de calas a medida de bajo volumen son:

• Falta de economías de escala en la compra de material: Al fabricar calzos de bajo volumen, los fabricantes no pueden aprovechar los descuentos por material a granel, lo que se traduce en un mayor coste de la materia prima.
• Aumento de la mano de obra: Las producciones de bajo volumen suelen requerir un mayor número de intervenciones manuales, ajustes personalizados y tiempo de operarios cualificados, lo que aumenta el coste global de producción.
• Alta exigencia de control de calidad: A diferencia de la producción a gran escala, que a menudo se beneficia de procesos automatizados, las producciones a pequeña escala necesitan inspecciones manuales rigurosas que requieren mucho tiempo.

First Mold ha establecido sólidas relaciones con los proveedores de materias primas, además de contar con avanzadas capacidades de hardware y software para el fresado CNC. La combinación de estos factores nos ayuda a producir calas de titanio de bajo volumen que otros proveedores no se atreven a aceptar.

Deformación de piezas finas de titanio

No todos los proveedores son expertos en la fabricación de calas a medida con titanio. Esto se debe al bajo módulo elástico o elasticidad del material (~110 GPa frente a ~200 GPa del acero). Además, tiene una baja conductividad térmica (aproximadamente 1/7 de la del acero) y una alta reactividad química. Estas propiedades pueden provocar importantes desviaciones, desequilibrios de tensiones residuales o distorsiones inducidas por el calor durante el mecanizado.

Por ejemplo, durante el mecanizado, el impacto del calor generado en el filo de corte no es arrastrado por las virutas, lo que da lugar a altas temperaturas concentradas que pueden superar los 1000°C. El calor localizado hará que el titanio, delgado y débil, se expanda de forma desigual durante el corte. Cuando se enfría, puede producirse un alabeo o una deformación significativa. Otros factores que pueden provocar deformaciones al trabajar con titanio son:

• Deformación por apriete: Una sujeción desigual, radial o excesiva puede provocar una predeformación de la cuña. Una vez que se suelta después del mecanizado, la cuña se alabeará o rebotará.
• Deformación por efecto “spring back”: Cada vez que la herramienta de mecanizado pasa durante la fabricación de la cuña metálica, la fina cuña se deforma y vuelve a su posición inicial. Esto puede provocar imprecisiones dimensionales.
• Endurecimiento del trabajo: Esto ocurre cuando la capa superficial se endurece por 30%. Cuando esto sucede, requerirá una mayor fuerza de corte, lo que crea tensiones internas.

First Mold cuenta con un equipo de ingenieros que llevan mucho tiempo trabajando con titanio. Juntos, crearon estrategias de mitigación para superar algunos de los retos de la fabricación de una cuña personalizada mediante fresado CNC. Algunas de las estrategias de mitigación utilizadas por First Mold para satisfacer los requisitos del cliente incluyen:

• Utilizando abrazaderas de mordaza blanda: Esto ayuda a distribuir uniformemente la presión para evitar una concentración excesiva de la misma.
• Integración del refrigerante de alta presión: Esto ayuda a gestionar el calor alrededor de la superficie de corte, así como a facilitar la eliminación de virutas.
• Utilizando una herramienta de corte afilada: Cuanto más afilada sea la herramienta de corte, menor será la fuerza de corte. Así se reduce la generación de calor y la presión sobre la cuña.
• Alivio del estrés: El equipo recoció la cuña para liberar tensiones internas antes del acabado. Esta medida garantizó una estricta tolerancia de planitud y grosor.

Soluciones personalizadas y entrega rápida de prototipos

Mientras que la mayoría de los proveedores en China se negará calza de titanio personalizado - bajo volumen de fresado CNC, First Mold es capaz de entrega rápida para proyectos de bajo volumen debido a nuestra avanzada tecnología y las asociaciones que hemos construido a lo largo de los años.

Por ejemplo, en este proyecto, el fabricante quería entregar los prototipos en menos de cuatro semanas. La búsqueda de titanio para el proyecto habría consumido la mayor parte del tiempo disponible. El inventario de First Mold, y el de nuestros socios, incluye distintas materias primas. La disponibilidad de materia prima permitió al equipo acelerar la fabricación de prototipos de calzos personalizados.

El tiempo que se ahorra en buscar material se invierte en perfeccionar el diseño CAD del prototipo. First Mold también utilizó la avanzada máquina CNC de 5 ejes para reducir el tiempo de preparación en hasta 40%, así como para aumentar la precisión. El prototipo se sometió a pruebas de precisión dimensional, planitud y grosor con máquinas de medición de coordenadas (MMC) para garantizar que cumplía las especificaciones del plano del cliente.

Fabricación de cuñas metálicas para industrias de gama alta

El cliente era un fabricante de gama alta. El reto de fabricar cuñas a medida para sectores de gama alta como el aeroespacial, el médico, el deportivo y la maquinaria de precisión es que requieren una atención extrema a la integridad de los materiales, la precisión y la técnica de fabricación para eliminar defectos.

Por ejemplo, deben eliminarse las rebabas de los bordes porque pueden provocar desalineaciones o crear zonas de alta fricción. Algunas de las consideraciones críticas para la fabricación de cuñas personalizadas de alta gama son:

• Grosor uniforme: La cuña debe cumplir unas tolerancias de grosor extremadamente estrictas para evitar un fallo desastroso de la máquina. El grosor debe ser constante en toda la superficie para evitar concentraciones de tensión o cargas desiguales.
• Acabado superficial: La superficie debe tener un acabado liso para minimizar el desgaste y la fricción. Dado que el proyecto implicaba una fabricación de bajo volumen, First Mold consiguió el nivel deseado de suavidad y planitud de la superficie mediante la técnica de lapeado.

Tras el fresado CNC para aplicaciones de alta gama, First Mold limpia y embala la cuña para evitar la contaminación. El motivo es que, en las industrias aeroespacial y médica, las partículas diminutas pueden provocar fallos.

Qué ganó el cliente con la solución de First Mold

El cliente no podía ocultar su entusiasmo cuando recibió los prototipos de calzos personalizados antes de lo previsto. Tras la inspección, confirmaron que la tolerancia dimensional, la planitud, el grosor y el acabado superficial eran exactos según lo indicado en el plano.

“Estamos realmente agradecidos a First Mold por aceptar encargarse de este proyecto de fabricación de calzos de bajo volumen”, dijo el cliente. “De hecho, fueron los primeros de alrededor de una docena de proveedores con los que contactamos que aceptaron encargarse de este proyecto. Fue un gran alivio”.”

First Mold no se limitó a enviar unos cuantos prototipos al cliente. Entregamos el número exacto de calas personalizadas que se necesitaban. Gracias a una tecnología avanzada y a un equipo de ingenieros especializados en el trabajo con titanio, este proyecto se completó dentro del presupuesto del cliente.

PREGUNTAS FRECUENTES