Mecanizado de un molde de acero para fundición en coquilla mediante Autodesk Inventor CAM

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería Mecánica MECANIZADO DE UN MOLDE DE ACERO PARA FUNDICIÓN EN COQUILLA MEDIANTE AUTODESK INVENTOR CAM Autor: Matos González, Fernando Tutor: Delgado Urrecho, Javier CMIM-EGI-IM-ICGMIPF/INGENIERÍA DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN Valladolid, Julio 2022. 3 Fernando Matos González Resumen La tecnología de la fabricación está en continuo crecimiento. Desde su aparición, hace más de 60 años, los sistemas CAD/CAM han ido evolucionando hasta convertirse hoy en día en una herramienta fundamental en la industria. Estos sistemas permiten grandes ventajas en los procesos de fabricación, aumentando la productividad en las empresas, reduciendo errores en diseños y mecanizados, mejorando así la calidad de los productos finales. Este trabajo de fin de grado busca verificar la capacidad del software Inventor CAM, quizá no tan sofisticado como otros, para el mecanizado de un molde de acero para fundición en coquilla empleado en la fabricación de piezas de aluminio en muchos sectores de la industria. De este modo, se busca comprobar la utilidad que puede ofrecer este programa en empresas que mecanizan este tipo de moldes o en universidades, para la enseñanza de la tecnología CAD/CAM. Palabras Clave INVENTORCAM, FRESADORA, CNC, MOLDE, FUNDICIÓN. 4 Fernando Matos González Abstract Manufacturing technology is continuously growing. Since their appearance more than 60 years ago, CAD/CAM systems have evolved to become a fundamental tool in the industry today. These systems allow great advantages in manufacturing processes, increasing productivity in companies, reducing errors in designs and machining, thus improving the quality of final products. This final degree project seeks to verify the ability of the Inventor Cam software, perhaps not as sophisticated as others, for the machining of a steel mold for casting, used for the manufacture of aluminum parts in many sectors of the industry. In this way, it seeks to check the utilities that this program can offer in companies that mechanize this type of molds or in universities, for the teaching of CAD / CAM technology. Keywords INVENTORCAM, MILLING MACHINE, CNC, MOLD, CASTING. 5 Fernando Matos González INDICE 1. Introducción y objetivos........................................................................................ 11 1.1 Introducción .................................................................................................. 11 1.2 Objetivos ....................................................................................................... 12 1.3 Estructura del trabajo ................................................................................... 12 2. Evolución de la tecnología CAD/CAM. Importancia en la actualidad. .................. 15 3. Proceso de fundición de metal en molde permanente o coquilla........................ 18 4. Inventor Cam ........................................................................................................ 22 4.1 Introducción a Inventor Cam......................................................................... 22 4.2 Entorno de trabajo en Inventor ..................................................................... 23 4.3 Interfaz Autodesk Inventor CAM ................................................................... 29 4.4 Proceso general de mecanizado................................................................... 30 4.4.1 Configuración ........................................................................................ 30 4.4.2 Creación de una biblioteca de herramientas personalizada para un mecanizado .......................................................................................................... 32 4.4.3 Estrategias de mecanizado ................................................................... 35 4.4.4 Simulación y verificación del mecanizado ............................................ 39 4.4.5 Postprocesado. ..................................................................................... 44 5. Mecanizado de un molde de acero para fundición en coquilla ........................... 45 5.1 Material del tocho de partida ....................................................................... 45 5.2 Molde a mecanizar ....................................................................................... 47 5.3 Mecanizado con inventor paso a paso ......................................................... 48 5.3.1 Abrir archivo .step en Inventor Cam ...................................................... 49 5.3.2 Configuración del mecanizado .............................................................. 49 5.3.3 Elección de herramientas de corte y creación de una biblioteca de herramientas personalizada ................................................................................ 51 5.3.4 Planeado de las caras de las coquillas que estarán en contacto ......... 54 5.3.5 Desbaste adaptativo inicial ................................................................... 60 5.3.6 Desbaste adaptativo para eliminar el material sobrante ..................... 65 5.3.7 Operaciones de acabado. Horizontal, contorno y paralelo ................... 69 6. Conclusiones ........................................................................................................ 83 6.1 Conclusiones y líneas de trabajo futuras ...................................................... 83 6.2 Conclusiones personales .............................................................................. 84 6 Fernando Matos González 7. Bibliografía ........................................................................................................... 85 7.1 Libros consultados ........................................................................................ 85 7.2 Páginas web consultadas ............................................................................. 86 Anexo I. Herramientas de corte.................................................................................... 89 7 Fernando Matos González INDICE DE FIGURAS Figura 1: Proceso de fundición por gravedad en coquilla (PROCESOS DE FUNDICION DE METALES: Fundición En Molde Permanente, s.f.) .................................................................... 19 Figura 2. Pantalla de inicio Autodesk Inventor ....................................................................... 23 Figura 3. Pestañas pantalla de inicio Autodesk Inventor. ....................................................... 24 Figura 4. Pestaña Herramientas en pantalla de inicio Autodesk Inventor ............................... 24 Figura 5. Opciones de la aplicación. ........................................................................................ 25 Figura 6. Pestaña Cam en pantalla de inicio Autodesk Inventor ............................................. 25 Figura 7. Opciones CAM........................................................................................................... 26 Figura 8. Entorno de trabajo en Autodesk Inventor ................................................................. 27 Figura 9. Pestaña modelo 3D en la cinta de opciones ............................................................ 27 Figura 10. Pestaña Boceto en la cinta de opciones ................................................................ 27 Figura 11. Pestaña Anotar en la cinta de opciones ................................................................. 28 Figura 12. Pestaña Inspeccionar en la cinta de opciones ....................................................... 28 Figura 13. Estilo visual en la pestaña Vista de la cinta de opciones ....................................... 28 Figura 14. Interfaz Autodesk Inventor CAM ............................................................................. 29 Figura 15. Pestañas configuración, material y procesamiento posterior dentro de la ventana configuración. .......................................................................................................................... 31 Figura 16. Biblioteca de herramientas dentro de Inventor CAM .............................................. 32 Figura 17. Creación de una nueva biblioteca de herramientas dentro de Inventor CAM ........ 33 Figura 18. Opciones de generación de herramientas .............................................................. 33 Figura 19. Pestaña “cortador” en la creación de nuevas herramientas .................................. 34 Figura 20. Pestaña “Avance y velocidad” en la creación de nuevas herramientas ................. 34 Figura 21. Herramientas creadas en una biblioteca personalizada dentro de Inventor CAM . 35 Figura 22. Estrategias de mecanizado en Autodesk Inventor CAM ......................................... 35 Figura 23. Pestaña “Herramienta” en estrategia de mecanizado ........................................... 36 Figura 24. Pestaña “geometría” en estrategia de mecanizado ............................................... 36 Figura 25. Pestaña “alturas” en estrategia de mecanizado .................................................... 37 Figura 26. Pestaña “pasadas” en estrategia de mecanizado.................................................. 38 Figura 27. Pestaña “vinculación” en estretategia de mecanizado .......................................... 39 Figura 28. Selección de la opción simular en la cinta de opciones de Autodesk Inventor ...... 40 Figura 29. Pestaña “mostrar” dentro de la ventana simulación.............................................. 40 Figura 30. Pestaña “información” dentro de la ventana simulación ....................................... 41 Figura 31. Pestaña “estadisticas” dentro de la ventana simulación ....................................... 42 Figura 32. Aspecto ventana gráfica en simulación .................................................................. 42 Figura 33. Reproductor de simulación ................................................................................... 43 Figura 34. Linea de tiempo del reproductor de simulación ..................................................... 43 Figura 35. Colisiones mostradas en la línea de tiempo del reproductor de simulación .......... 44 Figura 36. Cuadro de diálogo “ejecutar procesamiento posterior” ......................................... 44 Figura 37: Coquilla fija ............................................................................................................. 47 8 Fernando Matos González Figura 38: Coquilla móvil ......................................................................................................... 48 Figura 39: Cuadro de dialogo configuracion ............................................................................ 49 Figura 40: Pestañas “configuración” y “ material” en el cuadro de dialogo configuración...... 50 Figura 41 : Biblioteca de herramientas. .................................................................................. 51 Figura 42: Creación herramienta de planeado. Pestaña “cortador”. ....................................... 52 Figura 43: Creación herramienta de planeado. Pestaña “Avance y velocidad”. ...................... 53 Figura 44: Árbol de operaciones .............................................................................................. 54 Figura 45: Pestaña “Herramientas” en estrategia planeado ................................................... 55 Figura 46: Pestaña “Geometría” en estrategia planeado ........................................................ 56 Figura 47: Pestaña “Alturas” en estrategia planeado ............................................................. 57 Figura 48: Pestaña “Pasadas” en estrategia planeado ........................................................... 58 Figura 49: Pestaña “Vinculación” en estrategia planeado ...................................................... 58 Figura 50: Trayectorias estrategia de planeado ...................................................................... 59 Figura 51: Captura durante la simulación de la estrategia de planeado................................. 59 Figura 52: Pestañas verificación y estadísticas dentro de la simulación ................................ 60 Figura 53: Pestaña “herramienta” en estrategia desbaste adaptativo inicial ......................... 61 Figura 54: Pestaña “geometría” en estrategia desbaste adaptativo inicial ............................ 62 Figura 55: Pestaña “Alturas” en estrategia desbaste adaptativo inicial.................................. 62 Figura 56: Pestaña “pasadas” en estrategia desbaste adaptativo inicial ............................... 63 Figura 57: Pestaña “vinculación” en estrategia desbaste adaptativo inicial ........................... 64 Figura 58: Trayectorias seguidas por la herramienta en desbaste adaptativo inicial. ............ 64 Figura 59: Simulación final tras operaciones de planeado y desbaste inicial. ........................ 65 Figura 60: Pestaña “herramienta” en estrategia desbaste adaptativo restante ..................... 66 Figura 61: Pestaña “geometría” en estrategia desbaste adaptativo restante ........................ 66 Figura 62: Pestaña “alturas” en estrategia desbaste adaptativo restante ............................. 67 Figura 63: Pestaña “pasadas” en estrategia desbaste adaptativo restante ........................... 67 Figura 64: Pestaña “vinculación” en estrategia desbaste adaptativo restante ....................... 68 Figura 65: Trayectorias estrategia desbaste adaptativo restante ........................................... 68 Figura 66: Captura tras simulación de las operaciones de desbaste del molde. .................... 69 Figura 67: Pestaña “herramienta” en estrategia de acabado horizontal ................................ 70 Figura 68: Pestaña “geometría” en estrategia de acabado horizontal .................................... 70 Figura 69: Pestaña “alturas” en estrategia de acabado horizontal ......................................... 71 Figura 70: Pestaña “pasadas” en estrategia de acabado horizontal ...................................... 71 Figura 71: Pestaña “vinculación” en estrategia de acabado horizontal .................................. 72 Figura 72: Trayectorias de la estrategia de acabado horizontal .............................................. 72 Figura 73 : Simulacion mecanizado del molde hasta operación de acabado Horizontal ........ 73 Figura 74 : Pestaña “herramienta” en estrategia de acabado “contorno” .............................. 74 Figura 75 : Pestaña “geometría” en estrategia de acabado “contorno” ................................. 74 Figura 76 : Pestaña “alturas” en estrategia de acabado “contorno”....................................... 75 Figura 77 : Pestaña “pasadas” en estrategia de acabado “contorno” .................................... 75 Figura 78 : Pestaña “vinculación” en estrategia de acabado “contorno”................................ 76 Figura 79 : Simulacion mecanizado molde hasta operación de acabado “contorno” ............. 76 9 Fernando Matos González Figura 80 : Simulacion mecanizado molde hasta operación de acabado “contorno” ............. 77 Figura 81 : Pestaña “herramienta” en estrategia de acabado “paralelo” ............................... 77 Figura 82 : Pestaña “geometría” en estrategia de acabado “paralelo” ................................... 78 Figura 83 : Pestaña “alturas” en estrategia de acabado “paralelo” ........................................ 78 Figura 84 : Pestaña “pasadas” en estrategia de acabado “paralelo” ..................................... 79 Figura 85 : Pestaña “vinculación” en estrategia de acabado “paralelo” ................................. 79 Figura 86 : Trayectorias estrategia de acabado “paralelo” ..................................................... 80 Figura 87 : Simulacion mecanizado del molde hasta operación de acabado “paralelo” ........ 80 Figura 88 : Resultado final simulación coquillas fija y móvil ................................................... 81 Figura 89 : Ventana postprocesado para obtención del código de control numérico ............. 82 Figura 90: Medidas geométricas portaherramientas .............................................................. 89 Figura 91: Medidas geométricas plaquita .............................................................................. 91 Figura 92 : Medidas geométricas fresa enteriza ..................................................................... 93 Figura 93 : Medidas geométricas adapatador fresa ................................................................ 95 Figura 94: Medidas geométricas fresa .................................................................................... 96 Figura 95: Medidas geométricas fresa esferica enteriza ........................................................ 98 16 Fernando Matos González Podemos definir el diseño asistido por ordeandor como el uso de sistemas informáticos que sirven de apoyo para la creación, modificación, o análisis de un diseño. Cuando hablamos de sistemas informáticos, nos referimos al hardware y software utilizados para realizar el diseño requerido. El hardware, como sabemos, incluye los elementos físicos tales como el ordenador, el teclado, el ratón o la pantalla gráfica, y el software son los programas informáticos para implementar gráficos por ordenador. El diseño asistido por ordenador implica por tanto, cualquier actividad de diseño que utiliza el ordenador para desarollar, modificar o analizar un diseño de ingeniería. (SARCAR, MALLIKARHUNA RAO, & LALIT NARAY, 2008) Por tanto, ¿Qué motivos llevan a las empresas a implementar estos sitemas CAD? Estos sistemas se han convertido en una parte fundamental en los procesos de fabricación en la actualidad debido a las ventajas que ofrecen: • Aumento de la productividad: se reduce el tiempo empleado en realizar los diseños gracias a las herramientas de las que disponen estos sistemas. Es mucho más rápido y preciso que los métodos tradicionales. • Mayor calidad de los diseños: el sistema CAD permite un gran análisis del diseño utilizando diversas herramientas, reduciendo errores de diseño y mejorando la calidad y precisión de los mismos. • Mejor documentación de los diseños: el uso de CAD produce diseños con una mejor documentación. Es posible manipular dimensiones y distancias de los elementos de dibujo. La modificación de un modelo es muy fácil y mucho más rápida. • Creación de una base de datos para la fabricación: esta base de datos incluye todos los datos del producto generados en el diseño, es decir datos de geometría, dimensiones, materiales, ensamblajes, etc. En un sistema CAD/CAM se establece un vínculo directo entre el diseño y la fabricación, por lo que esta información será fundamental para la fabricación. • Visualización 3D para que los diseñadores puedan observar el diseño de los productos desde varias orientaciones distintas. 17 Fernando Matos González Por otro lado, CAM (fabricación asistida por ordenador), integrada junto con CAD, ofrece, entre otras, las siguientes ventajas: • Aumento de la productividad debido a la posibilidad de realizar una simulación virtual del proceso de fabricación antes de llevarlo a la práctica, lo cual permite optimizar el tiempo de mecanizado del producto y evitar errores. • Mayor flexibilidad en la realización de proyectos. • Reducción de los plazos de entrega en la fabricación. • Reducción de costes. • Mayor calidad y precisión de los productos. • Reducción de operaciones de acabado posteriores. • Mejor control de la actividad de fabricación. • Mayor seguridad debido a la menor intervención del operario en el mecanizado. (Nageswara Rao, 2010) La tecnología de la fabricación está en un crecimiento constante. Cada vez aumentan más los requisitos de calidad de los productos así como la tasa de fabricación de los mismos, por lo que la tecnología CAD/CAM en la actualidad es una herramienta fundamental en las empresas de fabricación, aumentando considerablemente la productividad de las mismas, permitiendo la rápida creación de códigos de control numérico para piezas con superficies complejas. (Dodok et al., 2017) 18 Fernando Matos González 3. Proceso de fundición de metal en molde permanente o coquilla En este tercer capítulo se va a realizar una breve introducción al proceso de fabricación por fundición de aluminio en coquilla o molde permanente. Los moldes de acero que se mecanizarán con la ayuda de Inventor CAM serán utilizados para la fundición de aluminio, con el objetivo de fabricar grandes series de piezas metálicas mediante este proceso de fabricación. Por tanto, antes de comenzar con el mecanizado, se va a ver en qué consiste este proceso de fabricación, y que aplicaciones tiene en la actualidad para la industria. De este modo se verá la utilidad que puede tener este tipo de software, más económico y menos sofisticado que otros que son más utilizados por las empresas, para mecanizar moldes de acero para fundición. El proceso de fundición de metales en moldes es una de las actividades industriales más antiguas para la obtención de piezas metálicas. La evolución de este proceso de fabricación es parte del desarrollo histórico de la humanidad. A través de la fundición se pueden fabricar piezas metálicas de gran complejidad, con diferentes formas y tamaños y de forma sencilla. Este método de fabricación es realmente útil para la obtención de piezas cuyas características no las hacen adecuadas para ser fabricadas por otros procesos de mecanizado. La fundición es el proceso más utilizado en la fabricación de piezas para la construcción de maquinaria.(El Proceso de Fundición | ESingenieria.Pro, s.f.) Los procesos de fundición de metales se pueden clasificar en torno a muchos criterios. Uno de los más utilizados es en función del tipo de molde utilizado: • Moldes desechables: este tipo de moldes tienen que romperse para obtener la pieza final del molde de forma que es necesario crear un nuevo molde para cada proceso de fundición. Es por ello que su velocidad de producción está más limitada ya que se necesita más tiempo para la creacion del molde que para el proceso de fundición. • Moldes permanentes o coquilla: son moldes construidos normalmente en acero o hierro fundido, los cuales son reutilizables y sirven para la obtención de grandes series de piezas por fundición. Por tanto, la ventaja de este método respecto al molde desechable es su mayor productividad y la desventaja su mayor coste. 19 Fernando Matos González En este trabajo se va a introducir brevemente el proceso de fundicion de metales en coquilla o molde permanente. Este proceso está orientado a grandes volúmenes de producción de forma que salga rentable el coste de la obtención de moldes permanentes. La fundición en coquilla o molde permanente es un proceso donde el vertido se realiza por gravedad. Se utiliza mucho en la fabricación de piezas hechas de metales no ferrosos como aleaciones de aluminio, cobre, zinc o magnesio. El molde suele estar dividido en dos partes, coquilla fija y coquilla móvil, los cuales, al unirse, darán la forma final de las piezas obtenidas. Los moldes suelen manipularse manualmente pero, para grandes volúmenes de producción, las empresas cuentan con mecanismos neumáticos o hidraúlicos para abrir y cerrar los mismos. La colada y las operaciones de acabado continúan realizándose de forma manual.(Moldeo Por Gravedad - Proceso y Aplicaciones - Gestión De Compras, s.f.) Las coquillas metálicas suelen ser normalmente de acero o hierro fundido y están formadas por: • El cuerpo del molde, el cual será el encargado de dar la forma exterior de la pieza final. El molde suele estar formado por dos partes llamadas coquillas que al unirse dan la forma final de la pieza y permiten el desmoldeo de la misma. • Los machos, cuya función es reproducir las partes o entrantes de las piezas, y que pueden ser metálicos (con forma ligeramente cónica para ayudar a la extracción) o de arena. (3.1.3.- Moldes Permanentes. Coquillas. | DMMF04.- Materiales Para La Fabricación de Moldes y Modelos de Fundición., s.f.) Figura 1: Proceso de fundición por gravedad en coquilla (PROCESOS DE FUNDICION DE METALES: Fundición En Molde Permanente, s.f.) 20 Fernando Matos González En la Figura 1 se puede ver el proceso general de fundición de metal por gravedad en coquilla: En la imagen 1) se precalienta el molde o coquilla para evitar choques térmicos al vertir la colada y se recubre las paredes del molde con un lubricante refractario para ayudar al posterior desmoldeo de las piezas. En la imagen 2) se insertan los núcleos (si es que hubiese) y se cierran las dos partes del molde mediante un cilindro hidraúlico. En la imagen 3) se vierte la colada en el interior del molde y se deja enfriar. En 4) se abre el molde para desmoldear la pieza final con ayuda del cilindro hidraúlico. Por último, en 5) podemos obervar la pieza final. A la hora de diseñar un molde para fundición de metales han de tenerse en cuenta los siguientes aspectos: • La fundición, una vez solidificada, debe poderse retirar fácilmente de la cavidad del molde. Para ello es necesario que las superficies de la cavidad tengan ángulos de salida en la dirección de apertura del molde. También se utilizan diseños de molde de partes múltiples para ayudar al desmoldeo. • La cavidad del molde se realiza utilizando mecanizados de precisión con el objetivo de obtener un gran acabado y precisión superficial. • Los moldes suelen refrigerarse por medio de conductos a través de los cuales circula un refrigerante o mediante aletas disipadoras. • En muchos casos se utilizan pernos expulsores para retirar la fundición solidificada. • Las caras de los moldes deben tener respiraderos que permitan el escape del aire y gases desplazados por el metal fundido. • El molde tiene que soportar el choque térmico y la abrasión que se produce durante la colada. Por ello se debe elegir el tipo de material adecuado para el molde, teniendo en cuenta sus características. • La elección del material del molde también tiene relación con el material de la fundición que será vertido en él, pues debe tener, lógicamente un mayor punto de fusión. (PROCESOS DE FUNDICION DE METALES: Fundición En Molde Permanente, s.f.) 21 Fernando Matos González Este proceso de fabricación tiene grandes ventajas: • Permite obtener series largas de producción debido a la durabilidad del molde permanente en comparación a otros procesos de fundición como la fundición en molde de arena, en la cual es necesario destruir el molde para desmoldear la pieza. • Gran precisión dimensional y acabado superficial. • Disminución de la necesidad de realizar maquinados posteriores debido precisamente al buen acabado superficial de las piezas obtenidas con este proceso. • La inserción de núcleos en los moldes es más sencilla que en otros procesos como la fundición en molde de arena. • La velocidad de solidificación del material, debido a un mayor poder de transmisión térmico, genera una estructura de grano más fino mejorando las propiedades mecánicas de las piezas. (Fundición En Molde Metálico – Fundalco, s.f.) Pero tambíen existen desventajas: • Para series pequeñas los costes son muy grandes por lo que es necesario evaluar el volumen de producción necesario antes de fabricar mediante este proceso. • Mayor limitación en la fabricación de superficies complejas en comparación a la fundición en molde de arena pues en esos procesos el molde se destruye para la obtención de las piezas. • A diferencia del molde de arena, las coquillas no son permeables. Aplicaciones de la fundición en molde permanente Este proceso se utiliza principalmente para la fabricación de gran cantidad de piezas en serie, es por ello que uno de sus mayores usos está en la industria del automóvil para la fabricación de grandes series de piezas metálicas como turbos, pinzas de freno, culatas de motores, pistones, bielas, etc. También es altamente utilizado para la fabricación de piezas de componentes para iluminación, fontanería, electrodomésticos o utensilios de cocina. (Tipos de Fundición de Metales | Proceso y Aplicación de Fundición de Metales., s.f.) La fundición en molde de arena, en cambio, es ideal para la fabricación de pequeñas series de piezas complejas debido a la destrucción del molde en cada vertido. 22 Fernando Matos González 4. Inventor Cam 4.1 Introducción a Inventor Cam. Inventor CAM, antiguamente conocido como Inventor HSM, es un complemento integrado en el software Inventor desarrollado por la compañía Autodesk. El software Inventor CAM se ha diseñado para su funcionamiento dentro de Inventor, lo cual proporciona una extensión lógica del entorno de Inventor paramétrico con respecto a la tecnología CAM. De esta forma se obtiene en un mismo entorno toda la tecnología CAD/CAM integrada para el desarrollo de productos desde la etapa de diseño hasta la fabricación de los mismos. Esto supone grandes beneficios, pues evita tener que importar o exportar modelos a otros programas, realizando pasos adicionales en el proceso de trabajo que nos pueden llevar a cometer errores. De este modo se mejora la calidad del diseño y se reduce el tiempo de desarrollo de los productos. Además cualquier cambio en el diseño del producto se verá reflejado automáticamente en las estrategias de mecanizado generadas, lo cual no sucedería si utilizáramos otros softwares externos para el mecanizado. Por tanto se obtiene un flujo de trabajo perfecto para el desarrollo de los productos en todas sus fases al disponer de todas las herramientas CAD/CAM en un mismo entorno. Inventor CAM permite realizar múltiples operaciones de mecanizado tales como: • Estrategias de fresado 2.5D • Estrategias de fresado 3D • Estrategias de fresado en 5 ejes simultáneos y fresado 3+2 • Estrategias de torneado • Corte por chorro de agua, láser o plasma. 23 Fernando Matos González 4.2 Entorno de trabajo en Inventor Este trabajo de fin de grado se centra principalmente en el mecanizado con Inventor CAM, especialmente en la parte de fresado 3D, por lo que primero se va a comentar brevemente la interfaz del programa antes de adentrarse exclusivamente en el apartado CAM. Figura 2. Pantalla de inicio Autodesk Inventor Se va a comenzar viendo un poco la interfaz de inventor, para conocer funciones básicas como abrir un archivo o crear uno nuevo, antes de empezar con la parte CAM del mismo. Al abrir el programa lo primero que se ve es la pantalla de inicio del mismo, en la cual se pueden observar distintas secciones, como se muestra en la Figura 2. • La sección “nuevo” permite crear una nueva pieza, ensamblaje, dibujo 2D o una presentación utilizando las plantillas que trae el software por defecto. • La sección “Proyectos/accesos directos/detalles de archivo”. La creación de un proyecto permite organizar los archivos que están asociados a un trabajo de manera que se pueda acceder a ellos de una forma más fácil. En esta sección se muestran todos los proyectos que se hayan creado, el proyecto activo actualmente, accesos directos a carpetas o páginas web que se vayan a utilizar mucho, para poder acceder a ellas fácilmente y también se muestran los detalles de los archivos seleccionados en el área “documentos recientes”. 24 Fernando Matos González • La sección “Documentos recientes” donde se mostrarán los archivos abiertos recientemente. Dispone de una ventana en la parte izquierda donde se puede filtrar la búsqueda de estos archivos según el tipo de archivo, el proyecto, fecha de modificación, nombre, ubicación, tamaño etc. También se puede hacer click en el símbolo para fijar el archivo y que aparezca siempre en la parte superior del área “documentos recientes”. En la parte superior de esta pantalla aparecen también una serie de pestañas que permiten realizar diferentes acciones. Figura 3. Pestañas pantalla de inicio Autodesk Inventor. Si se quiere abrir un archivo ya creado, un archivo nuevo o crear un proyecto, se puede hacer en la pestaña “para empezar” o desde la pestaña “archivo”, como se muestra en la Figura 3. Esta pestaña permite además abrir muestras, acceder a una galería de aprendizaje o a la ayuda de Inventor entre otras opciones. En la pestaña “Herramientas” se puede acceder a las opciones de la aplicación, donde configurar la interfaz y las opciones de inventor. Figura 4. Pestaña Herramientas en pantalla de inicio Autodesk Inventor 25 Fernando Matos González Figura 5. Opciones de la aplicación. La pestaña CAM ofrece la posibilidad de crear archivos nuevos o abrir ya existentes así como acceder a las opciones de CAM, a la biblioteca de herramientas, a opciones de aprendizaje a través de vídeos en youtube, examinar ejemplos ya creados y acceder a la ayuda de Autodesk Inventor. Figura 6. Pestaña Cam en pantalla de inicio Autodesk Inventor Dentro de las opciones de CAM se puede, entre otras muchas opciones, cambiar el idioma del programa en la interfaz CAM. 32 Fernando Matos González 4.4.2 Creación de una biblioteca de herramientas personalizada para un mecanizado Antes de empezar a generar las estrategias de mecanizado, necesarias para la obtención de la pieza final, sería muy útil crear una biblioteca personalizada para almacenar las herramientas que se van a utilizar y tenerlas así ordenadas en un mismo espacio donde poder acceder rápidamente para seleccionarlas. Para ello, en primer lugar, se debe acceder a la biblioteca de herramientas, haciendo click en el icono situado dentro de la pestaña CAM en la cinta de opciones de Inventor. Aparecerá la pantalla mostrada en la Figura 16. Figura 16. Biblioteca de herramientas dentro de Inventor CAM Dentro del apartado “mis bibliotecas” situado en la cinta de opciones que aparece a la izquierda de la pantalla se puede crear una nueva biblioteca personalizada donde almacenar las herramientas que serán utilizadas en un determinado proceso de mecanizado. Situando el cursor sobre “mis bibliotecas” y haciendo click derecho aparecen diferentes opciones entre las que se encuentran “crear una nueva biblioteca” como se muestra en la Figura 17. 33 Fernando Matos González Figura 17. Creación de una nueva biblioteca de herramientas dentro de Inventor CAM Haciendo click sobre esta opción se creará una nueva biblioteca de herramientas en la cual se podrán introducir las herramientas que se quieran guardar en ella. Para ello, en la parte inferior de la biblioteca de herramientas aparecen las siguientes opciones donde podemos crear nuevas herramientas, portaherramientas o generar una nueva biblioteca de herramientas como se muestra en la Figura 18: Figura 18. Opciones de generación de herramientas Una vez se hace click en “nueva herramienta” aparecerá la ventana mostrada en la Figura 19, donde se deben introducir los datos de la herramienta que se quiera crear. 34 Fernando Matos González Figura 19. Pestaña “cortador” en la creación de nuevas herramientas En esta ventana de creación de herramientas se pueden ver distintas pestañas para configurar completamente cada herramienta. En la Figura 19 se muestra la pestaña “cortador” donde se configuran los datos geométricos de la herramienta. Otra pestaña importante de configurar sería “avance y velocidad” donde se introducirán los datos de velocidades recomendados por el fabricante de la herramienta. En la Figura 20 se indica esta pestaña. Figura 20. Pestaña “Avance y velocidad” en la creación de nuevas herramientas 35 Fernando Matos González Una vez creadas todas las herramientas en la biblioteca personalizada, estas aparecerán en la pantalla como se muestra en la Figura 21, y será posible elegirlas durante el proceso de generación de las trayectorias de corte. Figura 21. Herramientas creadas en una biblioteca personalizada dentro de Inventor CAM Realizar una biblioteca de herramientas antes de comenzar a crear las trayectorias de mecanizado tiene, por tanto, una gran utilidad para ordenar en un mismo espacio las herramientas que se van a utilizar. Cuando se realizan mecanizados con una gran cantidad de operaciones y herramientas, este paso previo al mecanizado puede ser de mucha ayuda para seleccionar de forma más rápida las herramientas. 4.4.3 Estrategias de mecanizado Una vez se ha realizado la configuración de la operación y se ha creado la biblioteca de herramientas, el siguiente paso es comenzar a realizar las trayectorias de mecanizado sobre el material en bruto hasta obtener la geometría de la pieza final. Para ello, Inventor dispone de las estrategias mostradas en la Figura 22. Es posible realizar estrategias de fresado en varios ejes, torneado, taladrado o corte por láser, chorro de agua o plasma. Figura 22. Estrategias de mecanizado en Autodesk Inventor CAM La Figura 23 muestra el cuadro de dialógo de una operación, planeado en este caso, pero que sirve para ver las pestañas disponibles dentro de cada operación, ya que son las mismas. Dentro de cada pestaña hay parámetros que son distintos de una operación a otra, pero al configurar cualquier operación hay que revisar siempre estas cinco pestañas. 36 Fernando Matos González Figura 23. Pestaña “Herramienta” en estrategia de mecanizado Dentro de la pestaña “herramientas”, hay que seleccionar la herramienta destinada a la operación seleccionada, con los parámetros dados por el fabricante de la herramienta. Figura 24. Pestaña “geometría” en estrategia de mecanizado Dentro de la pestaña “geometría”, se selecciona la geometría necesaria de nuestra pieza para definir correctamente la operación que se va realizar. 37 Fernando Matos González Figura 25. Pestaña “alturas” en estrategia de mecanizado Dentro de la pestaña “alturas”, se configuran los valores de las distintas alturas del mecanizado. La altura superior, que es la altura que define la parte superior del corte. La altura inferior, que define la profundidad del mecanizado final. La altura de avance, a la que se dirige la herramienta antes de cambiar la velocidad de avance. La altura de retracción, a la que se deplaza la herramienta antes de la siguiente pasada de corte y la altura de espacio libre que es la primera altura a la que de desplaza la herramienta antes de iniciar la ruta de la herramienta. 38 Fernando Matos González Figura 26. Pestaña “pasadas” en estrategia de mecanizado Dentro de la pestaña “pasadas”, se configuran los parámetros de la operación, tales como material a dejar para operaciones de acabado posteriores, si se va a realizar la operación en varias pasadas de profundidad, sobrepasada o pasada lateral, dirección de la pasada etc. 39 Fernando Matos González Figura 27. Pestaña “vinculación” en estretategia de mecanizado En la pestaña “vinculación”, mostrada en la Figura 27, se establecen los movimientos de la herramienta entre cortes: entradas/salidas de la herramienta, forma de retracción de la herramienta, etc. En el siguiente capítulo, donde se procederá a realizar el mecanizado de un molde de acero para fundicion en coquilla, se verán algunas de estas estrategias, en concreto estrategias de fresado 3D. 4.4.4 Simulación y verificación del mecanizado Una vez realizadas las estrategias de mecanizado adecuadas para obtener la pieza final, se realiza la simulación del mecanizado con el objetivo de optimizar el proceso al máximo, poder ver el resultado final de la pieza de forma virtual antes de mecanizarla físicamente, calcular el tiempo de mecanizado tratando de reducirlo si fuera posible y comprobar posibles colisiones de las herramientas, el portaherramientas o las partes móviles de la máquina que puedan destruir el resultado final de nuestra pieza. Para acceder a la simulación del mecanizado, en el panel trayectoria se hace click en el icono simular que podemos ver en la Figura 28. 40 Fernando Matos González Figura 28. Selección de la opción simular en la cinta de opciones de Autodesk Inventor Una vez seleccionado, se abre la siguiente ventana de simulación: Figura 29. Pestaña “mostrar” dentro de la ventana simulación Dentro de la pestaña “mostrar” se puede activar o desactivar la visibilidad de la herramienta y sus elementos, mostrarla transparente, activar o desactivar la visiblidad de las trayectorias y del material de partida. También se puede establecer que la simulación pare en caso de colisión. 41 Fernando Matos González Figura 30. Pestaña “información” dentro de la ventana simulación La Figura 30 muestra la pestaña información, donde se pueden ver las posiciónes X, Y, y Z de la ruta de la herramienta en cada punto de la trayectoria, datos de la operación, de la máquina y, de especial utilidad, el área “verificación” ya que permite conocer si se ha producido alguna colisión en la simulación y en la casilla “distancia” se permite, al desplazar el cursor del ratón sobre el material, conocer la distancia entre el material, después de la simulación de la operación, y el modelo que se quiere obtener, permitiendo saber si hay material sobrante después de realizar la operación o se eliminó todo por completo. 48 Fernando Matos González Figura 38: Coquilla móvil 5.3 Mecanizado con inventor paso a paso Se va a mecanizar en Inventor CAM el molde descrito para poner en práctica como es un proceso de mecanizado en este software y comprobar la capacidad que tiene el mismo para este tipo de trabajos. Se va a mostrar el mecanizado de la coquilla fija. Las operaciones, herramientas utilizadas y parámetros de mecanizado serán los mismos para la coquilla fija y para la móvil. El primer paso antes de comenzar a crear las trayectorias de las estrategias de mecanizado será crear la configuración de nuestro mecanizado y seleccionar las herramientas de corte adecuadas para cada operación con sus correspondientes medidas geométricas y parámetros de corte recomendados por el fabricante de las mismas. Una vez que se hayan seleccionado las herramientas de corte, se va a crear una librería donde almacenar las herramientas seleccionadas de tal forma que se necesite elegir la herramienta en cada estrategia de mecanizado resulte sencillo encontrarla. Las herramientas han sido seleccionadas con la ayuda del software Sandvik Toolguide. Al final del presente trabajo, en el apartado Anexos, se muestran las herramientas seleccionadas con sus características más importantes. Una vez se haya creado la biblioteca de herramientas y la configuración del mecanizado, se comenzarán a generar las trayectorias de corte y , por último, se simularán y verificarán las mismas, para evitar posibles errores en el 49 Fernando Matos González mecanizado, y se generará del código CNC que se enviará a la máquina fresadora para realizar el mecanizado de la cavidad del molde. 5.3.1 Abrir archivo .step en Inventor Cam Antes de nada, se debe abrir el archivo .STEP, con la geometria 3D del molde que ha proporcionado el cliente, en Inventor Cam. STEP es un formato de intercambio estándar que se utiliza para el intercambio de datos entre diferentes programas. 5.3.2 Configuración del mecanizado Como se ha mencionado, el primer paso y, fundamental, es crear la configuración del mecanizado. Para ello seleccionamos el icono dentro del panel “trayectoria” en la pestaña CAM. Se abre el siguiente cuadro de diálogo: Figura 39: Cuadro de dialogo configuracion En él se pueden observar tres pestañas, en las cuales se debe configurar lo siguiente: • Tipo de proceso de mecanizado: Fresado. • Máquina: Universal de 3 ejes. • SCT (sistema de coordenadas de trabajo): se selecciona el origen del sistema de coordenadas en la parte superior del tocho de partida y en el vértice de abajo a la izquierda como se muestra en la Figura 39. 50 Fernando Matos González También se elige la orientación de los ejes de mecanizado. Eje Z hacia arriba y X hacia la derecha. • En “modelo”hay que seleccionar la pieza final ( el molde en este caso). • Se podría seleccionar en “accesorios” los elementos de fijación del tocho a la mesa. En este caso no se van a seleccionar pues no es relevante en este mecanizado ya que no va a ver problemas de colisión entre la herramienta y estos sistemas de fijación. • En la pestaña “material” se va a establecer cuales son las dimensiones de nuestro material de partida. Para ello se añade 3 mm de material a la parte superior del modelo para configurar la dimensión real de nuestro tocho de partida. Figura 40: Pestañas “configuración” y “ material” en el cuadro de dialogo configuración 51 Fernando Matos González 5.3.3 Elección de herramientas de corte y creación de una biblioteca de herramientas personalizada El siguiente paso es seleccionar las herramientas de corte para cada operación. Para ello se ha empleado el software Sandvik Toolguide. En el anexo I del presente trabajo se encuentran las herramientas seleccionadas con sus características geométricas. Con las herramientas ya elegidas se procede a crear una biblioteca de herramientas en Inventor CAM, lo cual es de mucha utilidad ya que permite guardar las herramientas que han sido seleccionadas para el proceso de mecanizado y de esta forma no habrá que ir creándolas a la vez que se generan las estrategias de mecanizado. Para crear una biblioteca de herramienta se procede de la siguiente forma. Se hace click en el siguiente icono , el cual abrirá la biblioteca de herramientas de inventor CAM. Una vez allí aparecerá la siguiente ventana, donde en el apartado “mis bibliotecas” se puede crear una biblioteca personalizada para el mecanizado y añadir las herramientas con los datos obtenidos de Sandvik. Figura 41 : Biblioteca de herramientas. Se crean las herramientas elegidas en Sandvik para nuestro mecanizado de la forma que vimos en el capítulo anterior. Se va a mostrar un ejemplo de cómo crear una herramienta para este mecanizado. Para las demás el procedimiento será el mismo. 52 Fernando Matos González Para la operación de planeado se ha creado la herramienta que recomendó Sandvik Toolguide, la cual consta de un portaplaquitas 345-050A32-13M y de una plaquita 345R-1305M-PH 4330 (todos los datos de las herramientas están en el apartado Anexos I al final del presente trabajo). Se selecciona “nueva herramienta” dentro de la biblioteca de herramientas personalizada y se abrirá la siguiente ventana mostrada en la Figura 42. Figura 42: Creación herramienta de planeado. Pestaña “cortador”. Dentro de ella, hay diversas pestañas para configurar completamente la herramienta que se va a crear. Se han introducido los datos obtenidos en Sandvik en cuanto a la geometría en la pestaña “cortador”: • 𝐷𝑐=50 mm • 𝑅𝑒=0.8 mm • Angulo inclinacion de 45º • Longitud total =120 mm • Diametro del eje= 20 mm • Longitud del cuerpo =40 mm • Profundidad de corte = 6 mm 53 Fernando Matos González Y también las condiciones de funcionamiento en la pestaña “avance y velocidad”: • 𝑉𝑐=185 m/min • 𝐹(avance por diente)=0.45 mm Figura 43: Creación herramienta de planeado. Pestaña “Avance y velocidad”. El proceso para la creación de las demás herramientas es el mismo por lo que no se va a explicar. Los datos a introducir de las mismas en el programa están en el apartado Anexos I, como se ha comentado. Una vez creada la biblioteca de herramientas y la configuración, se puede comenzar a crear las trayectorias del mecanizado. 54 Fernando Matos González 5.3.4 Planeado de las caras de las coquillas que estarán en contacto Antes de crear las operaciones de mecanizado, se crearán dos carpetas para organizar las operaciones en desbaste y acabado. Figura 44: Árbol de operaciones Así es como quedaría el árbol de operaciones al crear las dos carpetas dónde se guardarán las operaciones de desbaste y acabado. En primer lugar se selecciona la carpeta “operaciones de desbaste” como carpeta por defecto antes de empezar a generar las estrategias de desbaste. La primera operación será un planeado en la cara superior del material de partida. Como se ha comentado antes, el tocho de partida tiene 3 mm de material adicional en la parte superior tanto de la coquilla fija como de la móvil, por tanto, el primer paso será realizar una operación de planeado para eliminar los 3 mm de material sobrante y de esta forma eliminar cualquier irregularidad buscando la planicidad de las caras de los moldes que entrarán en contacto, algo fundamental para el proceso de fundición en coquilla . Para ello, se selecciona el icono dentro del panel Fresado 2D. Se abrirá una ventana con diferentes pestañas, donde se van a configurar los parámetros del planeado. Lo primero es elegir la herramienta que realizará la operación. Como se ha creado previamente una biblioteca con las herramientas que realizarán este mecanizado ahora solo hay que elegir la herramienta creada para cada operación en dicha biblioteca. En la primera pestaña, se selecciona “Herramienta” para abrir la biblioteca de herramientas. Una vez allí, se selecciona la biblioteca personalizada para el mecanizado y elegimos la herramienta de planeado. En este caso se va a 55 Fernando Matos González utilizar el portaplaquitas 345-050A32-13M y la plaquita 345R-1305M-PH 4330. Esta herramienta tiene un diámetro de corte de 50 mm. La velocidad de corte recomendada por el fabricante es de 185 m/min y un avance por diente de 0.45 mm. Se puede observar la elección de esta herramienta en la Figura 45. Figura 45: Pestaña “Herramientas” en estrategia planeado El siguiente paso es seleccionar la geometría para realizar el planeado correctamente. En esta operación se dejará la selección como está por defecto ya que automáticamente el programa selecciona el contorno de la parte superior del tocho de partida. 56 Fernando Matos González Figura 46: Pestaña “Geometría” en estrategia planeado Después, en la pestaña “Alturas” se establece una altura de espacio libre de 50 mm respecto a la altura de retracción, la cual a su vez se sitúa a una distancia de 10 mm respecto de la parte superior del material. Esta altura de retracción define la altura a la que se desplazará la herramienta antes de la siguiente pasada de corte y la altura del espacio libre es la primera altura a la que se desplaza la herramienta antes de iniciar su camino al comienzo de la ruta. Es importante en esta pestaña establecer la altura superior en la parte superior del tocho de partida, pues esta define donde comienza el corte. La altura inferior define la profundidad del mecanizado final por lo que se debe configurar en la parte superior del modelo para realizar este planeado adecuadamente. 57 Fernando Matos González Figura 47: Pestaña “Alturas” en estrategia planeado La siguiente pestaña es “pasadas” donde se va a definir de que forma se realizará el mecanizado. Se establece una extensión de pasada de 10 mm para asegurarse de eliminar todo el material en los bordes de la pieza. Además se va a definir una sobrepasada del 95% del diámetro de la herramienta. En la pestaña “varias profundidades” se define una reducción máxima de 1.5 mm con una pasada de acabado con una reducción de 0.5 mm. De esta forma el planeado se realizará en tres pasadas, siendo la última de acabado. Hay que asegurarse que la pestaña “material a dejar” está deshabilitada, pues es una operación de acabado. 64 Fernando Matos González Figura 57: Pestaña “vinculación” en estrategia desbaste adaptativo inicial Figura 58: Trayectorias seguidas por la herramienta en desbaste adaptativo inicial. 65 Fernando Matos González En la Figura 58, se pueden ver las trayectorias que sigue la fresa en esta estrategia de desbaste. Finalmente, se simula la operación para asegurarse que no se producen errores. La Figura 59 muestra como queda el tocho de partida tras las dos primeras operaciones de planeado y desbaste inicial. Figura 59: Simulación final tras operaciones de planeado y desbaste inicial. Se observa que, al realizar este primer desbaste, quedan escalones en la pieza debido a que esta operación se ha realizado para eliminar gran parte del material de forma rápida utilizando grandes profundidades de corte. En la pestaña estadísticas se puede conocer que tiempo es empleado en realizar la operación de desbaste inicial. Esta operación requiere un tiempo de mecanizado de 1 hora y 46 minutos. 5.3.6 Desbaste adaptativo para eliminar el material sobrante Para crear esta operación se va a duplicar la anterior, ya que ambas son desbastes adaptativos y muchos de los parámetros de esta operación coinciden con los de la anterior. Para ello, se hace click derecho sobre la operación anterior y se selecciona “duplicar”. Ahora se va a utilizar una herramienta más pequeña, de diámetro de corte 10 mm para eliminar el material sobrante en aquellos lugares donde la herramienta anterior no pudo acceder. Se trata de una fresa 316-10SL442- 10005P 1730 con adaptador AEH10-A09.2-SH-120. De nuevo, a la hora de seleccionar la herramienta hay que asegurarse de que tenga la longitud suficiente para que no se produzcan colisiones entre la herramienta y la pieza. 66 Fernando Matos González La velocidad de corte recomendada es de 199 m/min y el avance por diente de 0.121 mm. Figura 60: Pestaña “herramienta” en estrategia desbaste adaptativo restante Una vez seleccionada la herramienta, se va a configurar la pestaña geometría. Al ser ésta una operación donde se van a desbastar aquellas zonas a las que no pudo acceder la herramienta anterior es importante activar la casilla de “Mecanizado de apoyo” y seleccionar el origen del material “desde operaciones anteriores”. De esta forma, el mecanizado eliminará el material sobrante desde la ultima operación. Figura 61: Pestaña “geometría” en estrategia desbaste adaptativo restante En la pestaña “ alturas” se dejan los valores por defecto, ya que al haber duplicado la operación anterior son las mismas que en el primer desbaste adaptativo. 67 Fernando Matos González Figura 62: Pestaña “alturas” en estrategia desbaste adaptativo restante En la pestaña “Pasadas” se configura una carga óptima de 1.5 mm, una reduccion de desbaste maxima de 10 mm y se dejará un material sobrante para operaciones de acabado posteriores de 0.5 mm tanto axial como radial. Figura 63: Pestaña “pasadas” en estrategia desbaste adaptativo restante 68 Fernando Matos González Tampoco se va a realizar ningún cambio en la pestaña “ vinculación”. Se dejarán los parámetros estabelcidos en la operación anterior. Figura 64: Pestaña “vinculación” en estrategia desbaste adaptativo restante Por último, en la Figura 65 se pueden ver las trayectorias seguidas por la herramienta en este segundo desbaste. Figura 65: Trayectorias estrategia desbaste adaptativo restante 69 Fernando Matos González En la Figura 66 se observa la simulación del molde tras realizar todas las operaciones de desbaste. Figura 66: Captura tras simulación de las operaciones de desbaste del molde. Se puede apreciar, en color azul, como esta herramienta, de diámetro más pequeño, ha mecanizado las zonas donde la herramienta anterior no pudo acceder. El tiempo de mecanizado emplezado para realizar esta operación es de 2 horas y 22 minutos. 5.3.7 Operaciones de acabado. Horizontal, contorno y paralelo Después de eliminar la mayor parte de material del molde mediante estrategias de desbaste adaptativo se comienza a realizar el acabado del molde. Para ello se van a emplear tres operaciones de acabado: Horizontal, contorno y paralelo. En primer lugar se realizará la estrategia “Horizontal” para el acabado de aquellas áreas que son perpendiculares al eje de la herramienta. Inventor detecta automáticamente éstas áreas. Después se dividirá el acabado de las paredes de la cavidad del molde en dos operaciones. Se utilizará “contorno” para las superficies más inclinadas, con un ángulo comprendido entre 30 º y 90º y “paralelo” para aquellas con ángulos de 0º a 35º. Esto se hará así para intentar ahorrar tiempo de mecanizado y poder mostrar más estrategias de mecanizado para el acabado. 70 Fernando Matos González En primer lugar se va a realizar la operación de acabado “horizontal”. Se empleará la misma herramienta utilizada en la operacion anterior de desbaste adaptativo, la cual es válida para realizar esta operación de acabado horizontal y permite ahorrar tiempo de mecanizado pues se evita tener que cambiar de herramienta. La velocidad de corte recomendada por el fabricante para esta operación es de 183 m/min y un avance por diente de 0.046 mm. Figura 67: Pestaña “herramienta” en estrategia de acabado horizontal En la pestaña “geometría”, mostrada en la Figura 68, se debe dejar todo por defecto, pues inventor detecta automáticamente las superficies horizontales de la pieza sobre las cuales realizará el acabado. Figura 68: Pestaña “geometría” en estrategia de acabado horizontal 71 Fernando Matos González En la pestaña “ Alturas” es importante definir la altura superior en la parte superior del modelo, es decir del molde final, y establecer un desfase superior de -1 mm para evitar que esta operación realice el acabado sobre la cara superior del molde, la cual ya fue acabada con el planeado inicial. En la Altura inferior se selecciona la parte inferior del modelo. Figura 69: Pestaña “alturas” en estrategia de acabado horizontal La Figura 70 muestra la pestaña “pasadas” donde se define una sobrepasada máxima de 2 mm y mínima de 0.2 mm y hay que verificar que la pestaña “material a dejar” esté deshabilitada pues es una operación de acabado. También se activará la casilla “pasadas de desfase axial” para establecer un total de dos pasadas y una reducción máxima de 0.5 mm para el acabado de las superficies horizontales de la cavidad del molde. Figura 70: Pestaña “pasadas” en estrategia de acabado horizontal 72 Fernando Matos González Por último, en la pestaña “vinculación” se elige retracción total para no tener problemas de colisiones durante los movimientos de la herramienta, y retracción rápida y en tipo de rampa, por penetración. Figura 71: Pestaña “vinculación” en estrategia de acabado horizontal En la Figura 72 se muestran las trayectorias seguidas por la herramienta en esta operación. Se observa como realiza el acabado solo de las superficies horizontales de la cavidad del molde, excluyendo la zonas horizontales de la cara superior de la pieza, que fueron mecanizadas con la primera operación de planeado. Figura 72: Trayectorias de la estrategia de acabado horizontal En la Figura 73 se muestra la simulación del mecanizado del molde hasta ésta última operación. Los distintos colores diferencian las distintas operaciones de mecanizado realizadas. 73 Fernando Matos González Figura 73 : Simulacion mecanizado del molde hasta operación de acabado Horizontal En este caso, observamos en color morado ésta operación de acabado Horizontal. El tiempo de mecanizado de esta operación es de 22 minutos. A continuación se realiza la primera operación para el acabado de las paredes:contorno. Para esta operación se va a emplear una fresa de punta esférica de 10 mm de diámetro. Como siempre, a la hora de elegir la herramienta hay que tener en cuenta que la longitud de la herramienta sea lo suficientemente grande para evitar colisiones con las paredes de la pieza durante el mecanizado. Para las operaciones de acabado se suelen utilizar este tipo de fresas de punta esférica, pues proporcionan un gran acabado superficial. La fresa elegida es la R216.42-10030-AQ15G. La velocidad de corte recomendada por el fabricante es para esta operación es de 282 mm/min y un avance por diente de 0,144 mm. Esta herramienta se muestra en la Figura 74. 80 Fernando Matos González Figura 86 : Trayectorias estrategia de acabado “paralelo” Esta operación de acabado era la última del mecanizado del molde, por lo que se va a simular todo el proceso para verificar el resultado final del mecanizado. En la Figura 87 se muestra el resultado final del mecanizado de la coquilla fija llevado a cabo en este trabajo de fin de grado. Los distintos colores definen las distintas operaciones empleadas para ello. Figura 87 : Simulacion mecanizado del molde hasta operación de acabado “paralelo” A continuacíon, en la Figura 88, se muestran dos imágenes con el resultado final de la simulación de los mecanizados de la coquilla fija y la móvil. El mecanizado de la coquilla móvil no se explicará en el presente trabajo ya que es similar al de la coquilla fija. Se utilizan las mismas herramientas y operaciones ya que las geometrías de ambas coquillas son muy parecidas. 81 Fernando Matos González Figura 88 : Resultado final simulación coquillas fija y móvil Las zonas grises que se ven en algunas zonas en las anteriores imágenes de la simulación de las coquillas son debidas a la precisión de la simulación que tiene Inventor CAM. No es ningún error de mecanizado pues inventor, como ya se ha comentado en capítulos anteriores, indica cuando se producen colisiones que afectan a nuestro mecanizado final. Como se puede observar, no se ha realizado el mecanizado de acabado de los bordes del molde, el cual se podría haber hecho en Inventor CAM mediante estrategias como “Lápiz”. Esto se debe a que este tipo de moldes, una vez mecanizados, se ven sometidos a un proceso de electoerosión mediante el cual se realiza el acabado final del molde, eliminando el material sobrante y obteniendo el acabado de los bordes del mismo con mayor precisión. 82 Fernando Matos González El último paso es el postprocesado, es decir la obtención del código de control numérico que se enviará al centro de mecanizado para obtener la pieza que queríamos mecanizar. Para ello, dentro del módulo “Trayectorias” en la pestaña CAM , seleccionamos el icono para ejecutar el postprocesado. Aparece la pantalla mostrada en la Figura 89: Figura 89 : Ventana postprocesado para obtención del código de control numérico En la cual, se elige el postprocesador a utilizar para obtener el código, en nuestro caso usaremos HAAS (pre-NGC)/ haas. Se elige el nombre que llevará el programa de mecanizado, la carpeta de salida donde se va a guardar y se selecciona “publicar”. Se abrirá el código en el editor de código por si es necesario editarlo antes de enviarlo a la máquina. La extensión de estos códigos es muy grande por lo que no se mostrará en este trabajo el código obtenido. 83 Fernando Matos González 6. Conclusiones 6.1 Conclusiones y líneas de trabajo futuras El proceso de trabajo ha sido, inicialmente, un estudio sobre la evolución e importancia de los sistemas CAD/CAM en la actualidad. Se ha podido conocer la revolución que supuso la implantación de esta tecnología en los procesos de fabricación, mejorando el flujo de trabajo para el desarrollo de productos, reduciendo tiempos de mecanizado y posibles errores en los mismos, de manera que se ha logrado una gran optimización del proceso aumentando la productividad de las empresas y reduciendo costes. Después se ha realizado un introducción al proceso de fundición de metales en molde permanente o coquilla. La fundición de metales es uno de los procesos de fabricación más antiguos. Se ha podido conocer un poco más sobre este tipo de proceso de fabricación, su utilidad y las aplicaciones que tiene. Por último y, finalidad del trabajo de fin de grado, se ha demostrado que el software Inventor CAM está perfectamente capacitado para el mecanizado de moldes de acero empleados en la fundición de metales. Se ha mostrado la utilidad de este programa para realizar este tipo de mecanizados, empleando estrategias de fresado en 3 ejes de manera que pueda ser un software a tener en cuenta en un futuro por las empresas destinadas a este tipo de mecanizados, ampliando la visión más allá de los softwares más conocidos en la industria y empleados para este tipo de trabajos. Además, se ha podido comprobar la utilidad de este software para la enseñanza en la universidad de la tecnología CAD/CAM, abordando todos los conceptos del plan de estudios sobre este ámbito. Este software está disponible en la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Valladolid y en un futuro formará parte del plan de estudios. Por último, y como líneas de trabajos futuras, se podría comprobar las capacidades y limitaciones de este software en otros procesos de fabricación desarrollados en las industrias, tales como mecanizados en 5 ejes, torneado, corte por láser, chorro de agua o plasma. También se podría realizar un mecanizado con Inventor que englobara todo el proceso de fabricación completo, desde el diseño a través del entorno CAD hasta la fabricación en su entorno CAM, comprobando la capacidad del programa en el desarrollo completo de un producto a través de su tecnología CAD/CAM integrada. 84 Fernando Matos González 6.2 Conclusiones personales En el apartado personal, este trabajo me ha servido para aprender el funcionamiento y ver la utilidad de un software que desconocía y con el que no había trabajado antes, permitiéndome ampliar la mira más allá de aquellos softwares más conocidos y con los que más he trabajado, viendo que hay otros que son capaces de desempeñar trabajos de mecanizado habituales en las empresas con gran éxito. Por otro lado, me ha servido para ser consciente y fomentar mi interés sobre la importancia de la tecnología CAD/CAM en los procesos de fabricación en la actualidad y la necesidad de dominar los conocimientos de la misma. El dominio de este tipo de softwares, hoy en día, es fundamental para acceder al mercado laboral en este tipo de industrias. 85 Fernando Matos González 7. Bibliografía 7.1 Libros consultados ASCENT. (2021). Autodesk Inventor CAM 2022- milling fundamentals. Charlottesville: ASCENT-Center for technical knowledge. Consultado en abril. ISBN: 978-1956032321 Bi, Z., & Wang, X. (2020). Computer Aided Design and Manufacturing. Chichester: John Wiley & Sons Ltd and ASME press. Consultado en abril. ISBN: 978-1119667889 Kumar Choudhary, D., & Jadoun, D. (2021). Computer Integrated Manufacturing & Computer Aided Design. Little Rock: Walnut Publication. Consultado en abril. ISBN: 978-9391145279 Nageswara Rao, P. (2010). CAD/CAM Principles and Applications. New Delhi: McGraw Hill Education. Consultado en abril. ISBN: 978-0070681934 SARCAR, M., MALLIKARHUNA RAO, K., & LALIT NARAY, K. (2008). Computer Aided Design and Manufacturing. New delhi: Prentice-Hall of India Private Limited. Consultado en abril. ISBN: 978-8120333420 86 Fernando Matos González 7.2 Páginas web consultadas 3.1.3.- Moldes permanentes. Coquillas. | DMMF04.- Materiales para la fabricación de moldes y modelos de fundición. (s.f.). Consultada el 3 de abril de 2022, desde: https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/DFM/DMMF/DMMF04/es_DFM_DM MF04_Contenidos/website_313_moldes_permanentes_coquillas.html Acero H13 | AISI H13 | 1,2344 | SKD61. (s.f.). Consultada el 11 de abril de 2022 desde: https://waldunsteel.com/es/products/acero-h13/ Dodok, T., Čuboňová, N., Císar, M., Kuric, I., & Zajačko, I. (2017). Utilization of Strategies to Generate and Optimize Machining Sequences in CAD/CAM. ProcediaEngineering,192,113–118. Consultada el 22 de abril de 2022 desde: https://doi.org/10.1016/J.PROENG.2017.06.020 El proceso de fundición | ESingenieria.pro. (s.f.). Consultada el 5 de abril de 2022 desde: https://esingenieria.pro/el-procesos-de-fundicion/ Fundición en molde metálico – Fundalco. (s.f.). Consultada el 4 de abril de 2022 desde: https://www.fundalco.com/process/fundicion-en-molde- metalico/ Moldeo por Gravedad - Proceso y Aplicaciones - Gestión De Compras. (s.f.). Consultada el 4 de abril de 2022 desde: https://www.gestiondecompras.com/es/productos/fundicion/moldeopor-gravedad/ PROCESOS DE FUNDICION DE METALES: Fundición en molde permanente. (s.f.). Consultada el 11 de abril de 2022 desde: https://fundicionmetal-carp.blogspot.com/2017/02/fundicion-en-molde- permanente.html Qué es el acero H13 / 1.2344 / SKD61 • Composición química • Precio. (s.f.). Consultada el 3 de abril de 2022 desde: https://es.steelpurchase.com/h13-12344-skd61-acero/ The History - and Future - of CAD/CAM Technology. (s.f.). Consultada el 27 de abril de 2022 desde: https://www.thomasnet.com/insights/the-history- and-future-of-cad-cam-technology/ 87 Fernando Matos González Tipos de fundición de metales | Proceso y aplicación de fundición de metales. (s.f.). Consultada el 11 de abril de 2022 desde: https://dawangcasting.com/es/blog/types-of-metal-casting/ Todo lo que necesita saber sobre el acero para herramientas H13 丨 DEK. (s.f.). Consultada el 7 de abril de 2022 desde: https://www.dekmake.com/es/todo-lo-que-necesita-saber-sobre-el- acero-para-herramientas-h13/ 88 Fernando Matos González 89 Fernando Matos González Anexos Anexo I. Herramientas de corte En esta sección se muestran las herramientas utilizadas para el mecanizado del molde de acero. La selección de las mismas ha sido realizada en sandvik toolguide, plataforma que nos recomienda las herramientas más adecuadas según las caracterisitcas de cada operación de nuestro mecanizado. Cabe destacar que las herramientas seleccionadas son las mismas para cada parte del molde, es decir tanto para la coquilla fija como la móvil. Herramientas planeado • Portaherramientas Figura 90: Medidas geométricas portaherramientas 96 Fernando Matos González • Fresa Figura 94: Medidas geométricas fresa CODIGO ISO 316-10SL442-10005P 1730 Clasificación de material, nivel 1 (TMC1ISO) PMKS Diámetro de corte (DC) 10 mm Contacto frontal de diámetro de corte (DCF) 9 mm Radio de punta (RE) 0,5 mm Profundidad de corte máxima (APMX) 12 mm Capacidad de corte central (CCC) true Número de filos efectivo periférico (ZEFP) 4 Ángulo máximo de progresión en rampa (RMPXFFW) 5º Calidad (GRADE) 1730 Sustrato (SUBSTRATE) HC Diámetro de conexión (DCON) 9,7 mm Diámetro funcional (DFC) 7,17 mm 97 Fernando Matos González Longitud funcional (LF) 18,5 mm Diámetro del cuello (DN) 9,7 mm Ángulo de hélice de desahogo (FHA) 42º Ángulo de desprendimiento radial (GAMF) 10,5º Ángulo de desprendimiento axial (GAMP) 10,5º Peso del elemento (WT) 0,031 kg Precio 84 € 98 Fernando Matos González Herramientas de acabado. Estrategias contorno y paralelo. • Fresa esférica enteriza Figura 95: Medidas geométricas fresa esferica enteriza CODIGO ISO R216.42-10030-AQ15G Clasificación de material, nivel 1 (TMC1ISO) PMKSH Diámetro de corte (DC) 10 mm Radio de punta (RE1) 5 mm Longitud utilizable (LU) 15 mm Número de filos efectivo periférico (ZEFP) 2 Profundidad de corte máxima (APMXPFW) 15 mm Calidad (GRADE) P10 Sustrato (SUBSTRATE) HC Ángulo máximo de progresión en rampa (RMPXFFW) 15º Grupo estándar básico (BSG) COROMANT Longitud funcional (LF) 150 mm Diámetro de conexión (DCON) 10 mm Ángulo de hélice de desahogo (FHA) 30º Ángulo de desprendimiento radial (GAMF) -5,5º 99 Fernando Matos González Ángulo de desprendimiento axial (GAMP) 1,5º Rectificaciones máximas (NORGMX) 3 Peso del elemento (WT) 0,177 kg 0,177 kg Precio 241 €