stl,edm,cnc,troqueles
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Sistemas de Manufactura Desarrollo del tema de 3.2 perteneciente a la unidad 3
Lunes 26 de octubre de 2009
3.2 STL, EDM, CNC Y MOLDES Y TROQUELES
Valdez Reyes Herolinda 06210955
Catedrático: Ing. Hugo Montelongo Solano
3.2.1 STL Las máquinas de Prototipito Rápido utilizan comúnmente como fichero de información entrante,
la geometría de las piezas a realizar en formato .STL. A partir de este fichero los diferentes
programas de control generan "cortes" a la geometría, con el fin de conocer el perfil que deberá
tener cada una de las secciones de pieza que se va generando y que finalmente el conjunto de
todas ellas dará como resultado la pieza en cuestión.
Por eso es necesario conocer algunos aspectos básicos de este tipo de ficheros, debido a que al ser el
punto de partida del trabajo a realizar por este tipo de máquinas puede tener una muy alta
repercusión en los resultados finalmente obtenidos.
Básicamente un fichero .STL (“StereoLithography”) corresponde a la definición de la superficie que
delimita exteriormente a una pieza (o lo que es lo mismo a su geometría), mediante una
representación triangularizada y en consecuencia adaptada a ella. Esta superficie adaptada esta
formada exclusivamente por una serie de pequeños triángulos (facetas).
Cada faceta es descrita por una dirección perpendicular y tres puntas que representan los vértices
(esquinas) del triángulo. Estos datos son los que realmente utilizan los algoritmos “rebanadores”
para determinar las secciones transversales de la pieza.
Se pueden generar ficheros en formato .STL desde:
AutoCad
Pro/ENGINEER
SolidWorks
Unigraphics
Catia
Rhino 3D
Revit
Bentley Triforma
FormZ
Sketchup
Archicad
3D Studio Max
Etc
Independientemente de la tecnología que finalmente se utilice para generar las piezas físicas, todas
las tecnologías de Rapid Prototiping utilizan como ficheros de información entrantes, el formato
.STL.
Su nombre se debe a que la primera de las tecnologías que apareció en el mercado fue la
Estereolitografía y fue ésta la que estableció el standard que posteriormente fue adaptado por el
resto de nuevos sistemas que aparecieron y que a día de hoy siguen apareciendo,
independientemente del proceso de fabricación que utilicen.
Así pues, el formato .STL, corresponde a la definición de la superficie que delimita exteriormente a
una determinada pieza, mediante una representación triangularizada y en consecuencia
adaptada a la pieza “teórica”.
Dado que el único elemento adaptado a la superficie de la pieza es el triángulo, la definición de
una cara rectangular totalmente plana, queda perfectamente definida por dos triángulos que se
unen en la diagonal de esa misma cara.
El problema se presenta a la hora de definir caras curvas, por ejemplo un eje de sección circular,
dado que será necesario utilizar multitud de pequeños triángulos que se vayan adaptando a la
cara curva del mismo.
Si solo se definiesen con 12 triángulos, para la cara lateral, la sección circular quedaría deformada a
una sección hexagonal, con un marcado error entre la superficie teórica y la definida por el fichero
.STL. Cuantos más triángulos se atizasen, mayor número de caras planas existirían y el error se
reduciría de manera muy relevante.
El error de cuerda en los ficheros .STL siempre existe, aunque llevado a ciertos valores es posible
despreciarlo por el error mismo de fabricación de la máquina de prototipado.
Lo que se pretende es dar unas orientaciones de los valores generalistas que suelen resolver
adecuadamente la mayoría de las geometrías y que será necesario adaptar a diferentes
aplicaciones de CAD 3D.
Parámetros a controlar:
Al generar un fichero .STL, y una vez determinada su opción en Binario, la mayoría de los sistemas
CAD, controlan la generación y calidad de los ficheros mediante la utilización de dos variables,
cuyos nombres pueden variar de unos a otros pero que básicamente harían referencia a los
siguientes conceptos:
Variable de la tolerancia de cuerda. (Solicita un valor dimensional). Establece al máximo error
aceptado por el usuario entre la superficie teórica de la geometría y la cara triangularizada de la
adaptación facetada.
Variable de tolerancia angular. (Solicita un valor angular y en determinados Software puede que
no este presente). Determina el ángulo máximo de barrido de los triángulos de facetado al
adaptarse a una superficie curva.
Estereolitografia
Fue la primera tecnología de PR introducida al mercado por 3D sistemas inc. En 1987. Consiste en la
cauterización de una resina liquida fotopolimérica mediante la exposición de ésta a un rayo láser
de alta intensidad.
El espesor de capa utilizado se encuentra entre: 0.0076 – 0.50 mm.
El prototipo es generado mediante la ayuda de un rayo láser el cual solidifica el
material.
El proceso comienza con la captura de la información del modelo capa a capa por
parte del rayo láser.
El rayo láser mediante la ayuda de un espejo se refleja en el material y lo comienza
a cortar, según la forma de la capa que se este cortando.
El rayo láser es el encargado de solidificar cada una de las capas e ir generando la
forma.
Una vez solidificada una capa, la plataforma niveladora desciende una longitud
igual al espesor de capa, para que nuevamente el proceso se repita.
El proceso se realiza n veces correspondiente al numero de capas.
Al finalizar el proceso, el prototipo debe ser limpiado con alcohol, con el fin de
eliminar exceso de material.
Los modelos generalmente cumplen las características de buena calidad, acabado
superficial, y alta precisión, además de ser piezas robustas, rígidas y duraderas.
Una desventaja encontrada son los altos costos en sus materiales y algunas veces los
modelos resultan quebradizos.
Ésta técnica resulta recomendable para piezas de dimensiones reducidas o que
contengan pequeños detalles que han de definirse de manera muy clara.
3.2.2 EDM
La Electroerosión es un método de arranque de material que se realiza por medio de descargas
eléctricas controladas que saltan, en un medio dieléctrico, entre un electrodo y una pieza.
ELECTROEROSION POR HILO WEDM
PROCESO DE LA DESCARGA
El mecanizado por electroerosión se efectúa por tanto mediante el salto de chispas eléctricas entre
dos electrodos sometidos a una determinada tensión eléctrica y sumergidos ambos en un líquido
aislante (líquido dieléctrico).
Al estar ambos electrodos en un medio dieléctrico o aislante la tensión que se aplique a ambos ha
de ser suficiente como para llegar a crear un campo eléctrico mayor que la rigidez dieléctrica del
líquido.
Bajo la acción de este campo eléctrico, iones libres positivos y electrones se encontrarán acelerados
creando un canal de descarga que se vuelve conductor, y es precisamente en este punto donde
salta la chispa. Ello provoca colisiones entre los iones (+) y los electrones (-). Se forma entonces un
canal de plasma.
Bajo el efecto de los choques se crean altas temperaturas en ambos polos y alrededor del canal de
plasma se forma una bola de gas que empieza a crecer. Por otro lado las altas temperaturas que
se han dado en los dos polos, van fundiendo y vaporizando parte del material de la pieza, mientras
que el electrodo apenas si se desgasta muy ligeramente.
En esta situación (bola de gas grande y material fundido en ambos polos), se corta la corriente
eléctrica. El canal de plasma se derrumba y la chispa desaparece. El líquido dieléctrico entonces
rompe la bola de gas haciéndola implosionar (explotar hacia adentro).
Ello hace que se creen fuerzas que hacen salir el material fundido formando dos cráteres en las
superficies. El material fundido se solidifica y es arrastrado en forma de bolas por el líquido
dieléctrico, constituyendo lo que se puede llamar "viruta del proceso de electroerosión".
APLICACION DE LA ELECTROEROSION
MATERIALES CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD
INDEPENDENCIA DE LAS CARACTERISTICAS MECANICAS DEL MATERIAL
GRANDES POSIBILIDADES PARA MECANIZAR LOS "MATERIALES EXOTICOS“
POSIBILIDAD DE MECANIZAR UN GRAN ABANICO DE ESPESORES
ELECTROEROSION POR PENETRACION
ELECTROEROSION POR HILO
VENTAJAS DE LA ELECTROEROSION
CAMPOS DE APLICACION (I)
MOLDES DE PLASTICO
o De precisión y alto volumen (mecheros, nebulizadores, móviles…)
MATRICES DE CORTE
HILERAS DE EXTRUSION
ESTAMPAS DE FORJA
HERRAMIENTAS
MATRICES DE SINTERIZACION
APLICACIONES ESPECIALES
Aplicaciones de producción
Aviación
Nuclear
Etc.
MÁQUINA DE ELECTROEROSION POR PENETRACIÓN
MÁQUINA DE ELECTROEROSION POR HILO (I)
CAMPOS DE APLICACION (II)
3.2.3 MOLDES Y TROQUELES
MOLDE
Un molde es una pieza, o un conjunto de piezas acopladas, interiormente huecas pero con los
detalles e improntas en negativo del futuro sólido que se desea obtener. Para acoplar
perfectamente las piezas de un molde se recurre generalmente a las llaves, que son incisiones en
una cara y protruciones en la otra, que ambas se unen y previenen el desajuste.
En su interior se vierte el material fluido o plástico – metal fundido, hormigón, yeso, resina, silicona
etc. – que cuando se solidifica adquiere la forma del molde que lo contiene.
Una vez retirado el molde, normalmente, se procede a repasar la pieza obtenida, corrigiendo las
posibles imperfecciones en las zonas de acoplamiento, quitando los restos depositados en los orificios
realizados para introducir la materia plástica, y en los orificios de salida del sobrante o respiraderos.
Se emplea profusamente para obtener piezas moldeadas, tanto en arte –bustos, figuras,
columnas– como en construcción –balaustres, revestimientos– o en diversos procesos industriales –
objetos cerámicos, elaboración de barras de chocolate, etc.
En la industria, al molde donde se vierte el material fundido se le llama matriz. En construcción, al
molde, con el conjunto de piezas auxiliares, se le denomina encofrado.
Moldes temporales
Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes
materiales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el
primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se les
conoce como moldes permanentes.
Modelos desechables y removibles
Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso,
arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son
disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles.
Partes de un molde
1. Vasija de vaciado. Entrada del metal fundido al molde.
2. Bebedero. Conducto por el cual baja el metal fundido para la alimentación del
metal al molde.
3. Corredor alimentador. Vasija inferior que permite la entrada del material a la
cavidad. En algunos caso se coloca un rebosadero antes del corredor alimentador
para que se atrape la escoria o partículas extrañas del metal fundido.
4. Rebosaderos. Son espacios que pueden ser ciegos o abiertos y que sirven para
permitir que la escoria del material fundido flote y sea atrapada. También sirven
para conocer si el material llenó en su totalidad la cavidad del molde.
1. Vasija de vaciado.
2. Bebedero.
3. Corredor alimentador.
4. Rebosaderos.
TROQUEL
Instrumento o máquina de bordes cortantes para recortar o estampar, por presión, planchas,
cartones, cueros, etc. El troquelado es, por ejemplo, una de las principales operaciones en el proceso
de fabricación de embalajes de cartón.
El troquel consiste en:
Una base de una matriz con mayor resistencia o dureza que las cuchillas o estampa de
elaboración de la pieza.
Las regletas cortadoras o hendedoras. Sus funciones son las siguientes:
o cortar, bien para perfilar la silueta exterior, bien para fabricar ventanas u orificios
interiores
o hender, para fabricar pliegues
o perforar, con el fin de crear un precortado que permita un fácil rasgado
o semicortar, es decir, realizar un corte parcial que no llegue a traspasar la plancha
Gomas. Gruesos bloques de goma que se colocan junto a las cuchillas y cuya función es la
de separar por presión el recorte sobrante.
Los troqueles industriales se dividen en:
Troqueles simples: Estos troqueles realizan una única operación en cada golpe de prensa y
su alimentación es manual
Troqueles progresivos: Los troqueles progresivos pueden realizar varias operaciones en cada
golpe de prensa y se alimentan de una bobina de chapa automáticamente.
Troqueles transfer: Estos troqueles son similares a los progresivos, siendo su principal
diferencia que no son alimentados mediante una bobina, sino que realizan su trabajo sobre
piezas en las que se ha realizado un trabajo previo.
Existen dos tipos básicos de troqueles:
Troquel plano. Su perfil es plano y la base contra la que actúa es metálica. Su movimiento
es perpendicular a la plancha consiguiendo así una gran precisión en el corte.
Troquel rotativo. El troquel es cilíndrico y la base opuesta está hecha con un material
flexible. Al contrario que en el troquelado plano, el movimiento es continuo y el registro de
corte es de menor precisión. Ello es debido a que la incidencia de las cuchillas sobre la
plancha se realiza de forma oblicua a la misma. Los embalajes fabricados en rotativo son,
por tanto, aquéllos que no presentan altas exigencias estructurales tales como las Wrap
Around o algunas bandejas. Por su movimiento continuo, el troquelado rotativo consigue
mayores productividades en fabricación que el plano.
En la industria del cartón ondulado se utilizan indistintamente ambos tipos de troquel, si bien en la
fabricación de cartoncillo se da el plano por sus mayores necesidades de precisión. En la industria
del calzado se utiliza el troquel plano, realizado con un fleje especial de acero dispuesto
perpendicularmente a la piel que descansa sobre una superficie plana. El fleje está reforzado con
platinas de hierro que mantienen la perpendicularidad de éste.
El diseño del troquel viene definido por las necesidades del envasador pudiendo conferir a la caja
las más variadas formas. Su fabricación es todavía muy artesanal realizándose siempre bajo
pedido.
3.2.4 CONTROL NUMÉRICO POR
COMPUTADORA (CNC)
Cuando se desarrollaron los sistemas de control numérico (CNC – Computerized Numerical Control)
la idea consistía en preplanificar cada movimiento que el operario realizase, para posteriormente
ejecutarlos secuencialmente de manera rápida, evitando las imprecisiones que se cometen en
cualquier proceso manual. El desarrollo continuó ampliando el movimiento punto a punto a
interpolaciones circulares y helicoidales, y agregando multitud de funcionalidades adjuntas.
El procesamiento de los datos en el CNC comienza por el intérprete del programa, el cual descifra
el programa escrito en formato ISO de manera que pueda ser asimilado por el sistema de control y
ejecutado en el interpolador. Pero antes de que los datos lleguen al interpolador es necesario
realizar una serie de transformaciones como compensación de la geometría de la herramienta,
escalado, rotación, cinemática de la máquina, etc. Después, el interpolador actúa enviando a los
servos las consignas adecuadas.
EL CNC tiene que ser capaz de realizar las operaciones manteniendo los diferentes errores que se
producen dentro de las tolerancias establecidas. Para el trabajo en alta velocidad, las exigencias
son, como cabe esperar, más severas debido sobre todo a los altos valores de avance que se
requieren.
La forma más habitual de especificar las trayectorias que debe seguir la herramienta en una
operación de mecanizado esta basada en la generación de una sucesión de puntos entre los cuales
se realizan interpolaciones lineales. El CAD (Computer Aided Design) permite realizar el diseño de
la pieza a mecanizar como una concatenación de elementos geométricos simples, mientras que el
CAM (Computer Aided Machining) define, a partir de la información CAD, la trayectoria a seguir
por la herramienta para realizar el mecanizado de la pieza, siendo aquí donde se realiza la
traslación de la trayectoria a puntos discretos. La serie de puntos es posteriormente cargada en el
control numérico, que los ejecuta de forma ordenada.
Evidentemente, la aproximación de una trayectoria curva mediante una serie de tramos rectos
entre los puntos especificados por el CAM supone una pérdida de precisión. En el caso de
trayectorias con pequeño radio de curvatura, el número de puntos especificado sobre la curva, esto
es, la densidad de puntos, deberá ser mayor que en el caso de trayectorias casi rectas. Sólo así se
podrá mantener un grado de precisión constante a lo largo de toda la trayectoria.
De forma equivalente, un aumento en los requerimientos de precisión a lo largo de toda la
superficie mecanizada obliga a especificar un mayor número de puntos en la definición de la
trayectoria.
El hecho de tener que procesar una gran cantidad puntos con precisión y a gran velocidad impone
la adopción de una serie de soluciones en los controles numéricos para alta velocidad.
Precisión y rapidez para la fabricación de piezas especializadas.
Contamos con el equipo más moderno para realizar trabajos de maquinado mediante
control numérico computarizado, pudiendo cumplir así con las necesidades de nuestros
clientes en tiempo y forma.
Somos la solución de proveeduría estratégica para empresas que buscan capacidades
tecnológicas de diferentes procesos de maquinados CNC.
Servicio de Control numérico.
Podemos proporcionar el servicio de Maquila con maquinaria con la más alta tecnología.
CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADORA
Definición general: Se considera control numérico a todo dispositivo capaz de dirigir
posicionamientos de un órgano mecánico móvil, en el que las órdenes relativas a los
desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática a partir de
informaciones numéricas definidas, bien manualmente o por medio de un programa.
ÁMBITO DE APLICACIÓN DEL CONTROL NUMÉRICO:
Como ya se mencionó, las cuatro variables fundamentales que inciden en la bondad de un
automatismo son: productividad, rapidez, precisión y velocidad.
De acuerdo con estas variables, vamos a analizar qué tipo de automatismo es el más conveniente
de acuerdo al número de piezas a fabricar. Series de fabricación:
Grandes series: (mayor a 10.000 piezas)
Esta producción está cubierta en la actualidad por las máquinas transfert, realizadas por varios
automatismos trabajando simultáneamente en forma sincronizada. Series medias: (entre 50 y
10.000)
Existen varios automatismos que cubren esta gama, entre ellos los copiadores y los controles
numéricos. La utilización de estos automatismos dependerá de la precisión, flexibilidad y rapidez
exigidas. El control numérico será especialmente interesante cuando las fabricaciones se mantengan
en series comprendidas entre 5 y 1.000 piezas que deberás ser repetidas varias veces durante el
año. Series pequeñas: (menores a 5 piezas) Para estas series, la utilización del control numérico
suele no ser rentable, a no ser que la pieza sea lo suficientemente compleja como para justificarse
su programación con ayuda de una computadora. Pero en general, para producciones menores a
cinco piezas, la mecanización en máquinas convencionales resulta ser más económica. A
continuación, podemos ver un gráfico que ilustra de forma clara lo expresado anteriormente.
VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO:
Las ventajas, dentro de los parámetros de producción explicados anteriormente son:
Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al control numérico se han
podido obtener piezas muy complicadas como las superficies tridimensionales necesarias en la
fabricación de aviones.
Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el trabajo con productos
peligrosos.
Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de control numérico
respecto de las clásicas.
Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución del tiempo total de
mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de desplazamiento en vacío y de la
rapidez de los posicionamientos que suministran los sistemas electrónicos de control.
Reducción de controles y desechos. Esta reducción es debida fundamentalmente a la gran
fiabilidad y repetitividad de una máquina herramienta con control numérico. Esta reducción de
controles permite prácticamente eliminar toda operación humana posterior, con la subsiguiente
reducción de costos y tiempos de fabricación.
El objeto del control numérico es lograr la automatización en la fabricación de piezas. Deberá
tenerse en consideración que la automatización no implica producción masiva, la automatización
debe observarse como la manufactura de piezas que cumplen con especificaciones rigurosas y en
las que para su fabricación intervino poco la mano del hombre.
El objeto de las máquinas automáticas es poder reproducir las piezas diseñadas el número de veces
que sea necesario y disminuir al máximo la intervención del hombre en la operación de la
máquina.
Con las máquinas automáticas se logra lo siguiente:
Reproducción de las piezas con gran similitud
Alta calidad en los acabados y en las medidas
Poca participación de los operadores de las máquinas
Control de la producción
En las operaciones de automatización se pueden incluir las siguientes acciones:
Alimentación del material a procesar
Procesamiento del material de acuerdo a las necesidades
Transferencia de productos de unas máquinas a otras
Inspección de trabajos
Expulsión de trabajos terminados
La automatización implica auto corrección, esto significa que para lograr la automatización de
una máquina herramienta no sólo es necesario la coordinación de las partes de la máquina, sino
que también deberá incluirse que la máquina debe inspeccionar y con los servomecanismos
adecuados, corregir las deficiencias o variaciones detectadas.
Cuando una máquina puede recibir sus instrucciones por medio de un código numérico se dice que
la máquina es de control numérico. Por lo regular estos códigos son aceptados por las máquinas
herramientas por medio de tarjetas, cintas o programas de computadora.
Es importante no confundir a una máquina automática con un centro de maquinado.
Una máquina automática con o sin control numérico es una máquina que permite la fabricación,
de manera repetida, de piezas con muy poca participación del hombre en la operación de la
máquina. Su objeto no es fabricar muchas piezas sino fabricarlas sin que el hombre se preocupe por
su operación.
Los centros de maquinado CNC son máquinas totalmente automáticas en las que su objetivo es la
producción a gran velocidad de muchas piezas u objetos. En la operación de estas máquinas
tampoco participa el hombre.