Kennametal revoluciona el corte de metales con una herramienta impresa en 3D para el proveedor de automoción Voith
Basándose en el éxito de su galardonada herramienta de mandrinado de estator impresa en 3D para el mecanizado de vehículos eléctricos, Kennametal ha desarrollado una innovadora herramienta de alojamiento de transmisión impresa en 3D para Voith, que reduce el peso en aproximadamente un 45 % y reduce el tiempo de mecanizado en aproximadamente un 50 %.
A medida que los componentes de transporte se vuelven cada vez más sofisticados y los requisitos más estrictos, los fabricantes necesitan soluciones de herramientas complejas para mecanizar dichos componentes. Sin embargo, esto plantea un desafío, porque el peso de dichas herramientas puede volverse demasiado elevado para una operación eficaz en centros de mecanizado, cambiadores de herramientas y cargadores de herramientas. Los operadores de máquinas también pueden tener dificultades para gestionar la herramienta.
Una colaboración reciente de Kennametal, líder en tecnología industrial, y Voith, proveedor líder de tecnologías de accionamiento, muestra cómo la impresión 3D, o fabricación aditiva, ofrece una vía para lograr soluciones de herramientas novedosas y más ligeras que superen estos retos a la vez que mejoran la productividad y la eficiencia.
El reto: Mecanice múltiples orificios de diámetro grande y tolerancia ajustada con centros de mecanizado existentes
Voith quería una solución innovadora para optimizar aún más sus procesos de mecanizado para alojamientos de transmisión. La empresa necesitaba una herramienta multietapa capaz de mecanizar múltiples orificios en una única operación para lograr las tolerancias requeridas. La herramienta también necesitaba tener dos filos de corte efectivos en los diámetros principales para lograr el tiempo de ciclo especificado. Por último, la herramienta tenía que pesar menos de 12 kg para cumplir los requisitos de cambio de herramienta y del momento de inclinación en la cadena de herramientas.
“Finalizar el mecanizado de una carcasa de aluminio grande con múltiples orificios de hasta 350 mm y grado de tolerancia IT7 es una aplicación exigente”, dijo Werner Penkert, gerente de Ingeniería de productos. “Para mecanizar estos orificios grandes con tolerancias tan ajustadas necesitamos herramientas muy rígidas, lo que normalmente significa algo muy pesado. Cuando se fabrica con métodos convencionales, una solución de herramientas típica para este tipo de aplicación podría pesar hasta 25 kg, demasiado pesada para las máquinas existentes o para un operador que trabaje con la herramienta”.
Intrigados por cómo Kennametal aprovechó la impresión 3D para producir una herramienta de mandrinado de estator más ligera para mecanizar vehículos eléctricos, el equipo de Voith recurrió al líder en tecnología industrial para colaborar en una solución.
"El enfoque innovador de Kennametal con la impresión 3D nos emocionó e inspiró a seguir este camino juntos", dice Friedrich Oberländer, director de Tecnología de producción de Voith.
La solución: La experiencia de Kennametal en diseño generativo e impresión 3D
Al igual que con la herramienta de mandrinado del estator, Kennametal aprovechó su experiencia en la fabricación aditiva metálica, más el concepto de diseño generativo, para satisfacer los exigentes requisitos de la herramienta de transmisión de Voith.
Con la fabricación sustractiva convencional, el peso se reduce eliminando el exceso de material. Pero con la impresión 3D, los fabricantes pueden empezar con nada y colocar material solo donde sea necesario, lo que produce geometrías más ligeras y complejas que no son posibles mediante los procesos de fabricación convencionales.
Para aprovechar al máximo la libertad del diseño aditivo, Kennametal utilizó un diseño generativo, un proceso iterativo que optimiza el diseño de las piezas impresas en 3D para cumplir con un conjunto de restricciones específicas de la aplicación. A menudo, el proceso de diseño generativo da como resultado formas complejas y orgánicas que recuerdan a las estructuras que se encuentran en la naturaleza.
En el caso de la herramienta Voith, el diseño generativo abordó directamente las fuerzas de mecanizado en la herramienta, lo que permitió a Kennametal diseñar una solución optimizada para tener estabilidad, rigidez, equilibrio y suministro de refrigerante, con un peso de solo 11,5 kg.
Para producir la herramienta, Kennametal aplicó su experiencia no solo en fabricación aditiva sino en mecanizado. Los alojamientos de herramientas están mecanizados con precisión y diseñados para usarse en combinación con la tecnología de plaquitas RIQ demostrada de Kennametal.
“El aditivo es una de nuestras herramientas, pero también aplicamos nuestra profunda experiencia en mecanizado de precisión para desarrollar una solución novedosa que aborde de forma eficiente los desafíos de mandrinado de orificios profundos junto con múltiples diámetros grandes”, Penkert.
El diseño de la herramienta de alojamiento de transmisión impresa en 3D de Kennametal imita las formas orgánicas que se encuentran en la naturaleza, lo que reduce el peso y el tiempo de mecanizado en un 50 % para el cliente, Voith. Crédito de imagen: Kennametal
El resultado: reducción del 50 % en tiempo de mecanizado
En estrecha colaboración con Voith, Kennametal fabricó un prototipo de herramienta y lo puso a prueba en su centro de demostración en Fürth, Alemania, parte de una red global de centros de prueba y demostración donde la empresa trabaja con los clientes para diseñar, crear variantes y validar soluciones de mecanizado.
En esta solución fue particularmente difícil lograr tanto los requisitos de fabricación como los de calidad de las piezas. La simulación del diseño, la fabricación aditiva y las pruebas prácticas en el centro de demostración permitieron al equipo validar los resultados del mecanizado. Voith llevó a cabo las primeras pruebas in situ, seguidas de pruebas a largo plazo en la producción en serie. Se implementaron más requisitos del cliente; asimismo, la herramienta se perfeccionó y finalizó conjuntamente.
“La herramienta de Kennametal proporcionó una calidad y un rendimiento excepcionales desde el primer uso, logrando una reducción del 50 % en el tiempo de mecanizado, al tiempo que cumplía con los requisitos de precisión y acabado superficial. Además, el peso reducido limita la carga en el cargador, el cambiador de herramientas y el husillo, reduciendo de forma efectiva los costes de mantenimiento”, dijo Oberländer. “Nuestra colaboración con Kennametal muestra claramente el enorme potencial de innovación de la fabricación aditiva cuando se aplica en una asociación cooperativa así”.
