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Componente aeronáutico complejo para un rendimiento máximo

Desarrollo conjunto de bavius y MAPAL

En un proyecto conjunto, MAPAL y el fabricante de maquinaria bavius han desarrollado y fabricado una pieza de prueba para la industria aeronáutica. La pieza de aluminio, de aproximadamente un metro por tres, se inspira en un larguero trasero real utilizado en la construcción aeronáutica, pero además incorpora una gran variedad de aplicaciones exigentes. Además de su complejidad, impresiona el breve tiempo de mecanizado de diez horas, gracias a la productividad de la bavius AeroCell y a las herramientas especiales para el mecanizado de aluminio de MAPAL.

Todo Made in Germany

La mayoría de las máquinas de bavius se encuentran en Europa, aunque otros mercados importantes son Norteamérica y Asia. En Estados Unidos, el fabricante cuenta con una sucursal propia, pero la producción para el mercado mundial se lleva a cabo exclusivamente en Baienfurt, en dos naves climatizadas con una superficie de producción de unos 10 000 metros cuadrados.

Uno de los puntos fuertes de los centros de mecanizado de cinco ejes de bavius es su extraordinaria dinámica, que ofrece una alta productividad en operaciones de mecanizado a alta velocidad. Para sacar el máximo rendimiento de las máquinas, bavius fabrica sus propios cabezales de fresado. El buque insignia de la línea de productos es la bavius AeroCell 160 I 400, con una potencia de husillo de 140 kW y un máximo de 30 000 revoluciones por minuto. Los 140 kW se alcanzan ya a 18 000 revoluciones, por lo que la potencia máxima está disponible en un amplio rango de revoluciones. «Cuando hacemos algo, queremos hacerlo a la perfección, y con nuestra AeroCell 160 I 400 somos líderes tecnológicos a nivel mundial», asegura Dominik Merz, director de ventas globales de bavius.

Más del 90 % de virutas

El Rear Spar se eligió como pieza de prueba porque se adapta muy bien a la máquina, con su mesa de 1,6 metros de altura y 4 metros de ancho. Este larguero trasero es un componente estructural típico de las alas. Entre el larguero trasero y el delantero discurren unas costillas dispuestas en ángulo recto con respecto a los largueros. Los componentes estructurales definen la geometría del ala, sobre la que se remacha el revestimiento exterior. El componente acabado, fabricado en aluminio aeronáutico 7075, mide exactamente 2977 x 748 mm. La forma plana, con una altura de 138 mm, es típica de las piezas de avión. De una tonelada de peso inicial, tras el mecanizado solo quedan 70,61 kg; esta proporción tampoco es inusual en el sector aeroespacial.

Solo por motivos legales, bavius y MAPAL no pudieron utilizar para el mecanizado ningún componente real de un fabricante de aviones. Sin embargo, esto dio a los responsables la libertad de utilizar el diseño para una gran variedad de aplicaciones adicionales. Por lo tanto, el objeto de demostración es mucho más complejo que cualquier larguero trasero real e incluye aplicaciones que no se pueden atribuir necesariamente a este componente, pero que sí pueden ser necesarias en otros componentes.. «Un cliente que conozca bien los componentes estructurales y vea nuestro producto se identificará con él y encontrará características que también están presentes en sus propios componentes», explica Dominik Merz para justificar este enfoque.

El mecanizado se llevó a cabo en Baienfurt en dos operaciones de sujeción. La primera configuración se realizó con tensión de tracción descendente, mientras que en la segunda, la tecnología de vacío garantizó una sujeción segura. A primera vista, la cara frontal parece más sencilla de lo que realmente es. La superficie no es plana, sino que se curva ligeramente de forma convexa con un radio de 9,5 m. Por ello, no es posible fresar el componente simplemente en plano, sino que hay que recurrir al mecanizado de cinco ejes. Para el desbaste y el acabado, MAPAL apostó por la NeoMill-Alu-QBig de 50 mm de diámetro y la OptiMill-Alu-Wave de 25 mm de diámetro. El acabado de la superficie se realizó con una fresa especial de PCD.

El MAPAL NeoMill-Alu-QBig, con un diámetro de 50 mm, permitió un mecanizado rápido de la cara frontal. La forma ligeramente convexa de la pieza hizo necesario el mecanizado en cinco ejes.
Vista del espacio de trabajo de la bavius AeroCell 160 | 400. Aquí, en la segunda sujeción, se fresan las cavidades y se definen otras características.

Bolsos de todas las formas

El mecanizado de la parte trasera resultó especialmente complejo, ya que se divide en nueve secciones diferentes, cada una con aplicaciones específicas. Al igual que cualquier «Rear Spar», esta pieza de muestra presenta numerosos huecos, aunque en este caso con todas las formas imaginables: rectangulares, triangulares, redondos, abiertos, cerrados, algunos con fondo inclinado o abombado. Los puentes son muy finos y las paredes, en su mayoría, inclinadas. Los bolsillos tienen una profundidad de hasta 137 mm.

Tras el mecanizado preliminar con la NeoMill-Alu-QBig, se utilizó una OptiMill-Alu-Wave de diferentes longitudes para el desbaste de los cajones. El semirapido corrió a cargo de una fresa angular modificada específicamente para aplicaciones aeronáuticas. Gracias a su geometría especial, la herramienta resulta especialmente adecuada para el mecanizado del material residual en las esquinas, así como para el posterior fresado de acabado de los fondos y las paredes. La elevación especial del núcleo garantiza una estabilidad óptima durante el proceso de mecanizado. Para mecanizar todas las zonas de forma eficiente, los especialistas de MAPAL utilizaron la fresa angular modificada en diferentes diámetros y longitudes.

Alexander Follenweider, responsable de componentes, describe cómo se ha prestado especial atención a la eficiencia en la programación de MAPAL: «Trabajamos con una estrategia en zigzag, alternando movimientos en el mismo sentido y en sentido contrario, para reducir los desplazamientos. Así pues, durante el mecanizado se cambia constantemente de estrategia». A pesar de las elevadas velocidades de mecanizado, no se debe dañar el aluminio, ya que, si se sobrecalienta, altera sus propiedades.

La fresa OptiMill-Alu-Wave alcanzó un rendimiento máximo a 29 000 rpm, con una profundidad de corte de 48 mm y un avance de 12 m/min. La NeoMill-Alu-QBig, de mayor tamaño, alcanzó un avance de más de 25 m/min con una profundidad de corte de 10 mm. Solo en los primeros 55 minutos del mecanizado de la segunda sujeción se mecanizaron 425 kg de aluminio, alcanzándose en el momento de mayor rendimiento un volumen de virutas de más de 14 l/min. «Son unos resultados excelentes los que hemos conseguido aquí, y además hemos logrado unas superficies de gran calidad», afirma Stefan Diem, técnico de aplicaciones de bavius, al valorar los resultados.

Entre los retos que plantea la pieza de muestra destacan, sobre todo, las cavidades de diferentes formas. También se han incluido algunas características especiales, como las lengüetas con orificios o un refuerzo en forma de T (arriba a la izquierda en la imagen).
Una fresa angular modificada de MAPAL se encarga de los acabados de precisión en los cajones.

Nada es estándar

Los distintos huecos no son los únicos retos que plantea la pieza: solo se puede acceder a los orificios de cuatro lengüetas con un cabezal angular. En otros puntos son necesarios socavados. La pieza de muestra también cuenta con un refuerzo en forma de T, típico de los componentes estructurales, que se mecaniza con una herramienta especial de PCD. En determinadas zonas también se requieren operaciones de taladrado y rectificado. «En nuestro componente no hay nada normal», comenta Dominik Merz al referirse al hecho de que prácticamente no hay ningún ángulo recto. Sin embargo, este tipo de construcciones inclinadas son muy típicas del sector aeroespacial.

En Baienfurt se fabricaron cinco de estos Rear Spars para utilizarlos en presentaciones a los clientes de los socios participantes y como reclamo en ferias. El mecanizado de una pieza dura en total casi exactamente 10 horas, lo que satisface plenamente a los participantes en el proyecto. «En otras máquinas, una pieza de este tipo suele tardar entre 20 y 30 horas», estima Merz. Tradicionalmente, las piezas estructurales se mecanizan en máquinas de pórtico verticales con herramientas de gran tamaño; lo habitual son cabezales de cuchillas con diámetros de 125 mm. El avance y la velocidad de giro se mantienen bajos. Una desventaja de este procedimiento es que las virutas se quedan adheridas y pueden causar arañazos. Además, se produce una aportación de calor al componente. El mecanizado horizontal lo evita. En combinación con herramientas de alto rendimiento que permiten valores de corte elevados, la dinámica AeroCell 160 I 400, con su aceleración extrema, abre posibilidades completamente nuevas.

«Valoro mucho la colaboración con MAPAL porque nos comunicamos de forma abierta y leal, y siempre nos ofrecen una solución», destaca Stefan Diem. Para Jens Ilg, responsable de Desarrollo de Negocio en el sector aeroespacial y de composites de MAPAL, el éxito conjunto tiene también un aspecto personal: «Además, consigo una percepción óptima de nuestros propios productos cuando los he utilizado en las condiciones reales y necesarias. Y así puedo ofrecérselos a un cliente con las recomendaciones adecuadas».

Stefan Diem, Anwendungstechniker bei bavius

Estrecha colaboración

MAPAL y bavius mantienen desde hace muchos años una colaboración muy estrecha de la que se benefician ambas partes. Cuando MAPAL desarrolló la NeoMill-Alu-QBig y la OptiMill-Alu-Wave, ya se pudieron probar y seguir optimizando prototipos de las nuevas herramientas en Baienfurt. El fabricante de herramientas de Aalen no dispone por sí mismo de máquinas de un rendimiento similar. Por otra parte, bavius también depende de herramientas innovadoras, como explica Stefan Diem: «Para nuestra máquina de gama alta necesitamos herramientas de primera calidad de un proveedor como MAPAL, con sus fresas de gran volumen, que lleven nuestra máquina al límite. Con herramientas universales esto no funciona, ya que no obtenemos resultados significativos». En colaboración, los socios demostraron hace dos años de lo que es capaz la AeroCell 160. En la prueba de funcionamiento con sobrecarga, la fresa de metal duro OptiMill-Alu-Wave alcanzó un volumen de viruta de hasta 20 l/min en el fresado de ranuras completas en aluminio normal. El valor máximo alcanzado ahora de 12 l/min en un componente fabricado con el AL 7075, que presenta una mayor resistencia a la tracción, no tiene nada que envidiarle.