Desarrollado un prototipo para controlar la temperatura de las herramientas de mecanizado por arranque de virutas
El calor generado por las herramientas de mecanizado por arranque de virutas empleadas en la fabricación constituye uno de sus principales problemas. Las elevadas temperaturas se transmiten por toda la estructura de la herramienta y pueden causar una disminución del rendimiento de corte, lo que reduce la calidad de las superficies mecanizadas. Por lo tanto, el control preciso de la temperatura de la herramienta durante el mecanizado es fundamental. Si bien se puede calcular la temperatura de las herramientas a partir del color de las limaduras y las escamas de corte, conocidas como virutas, supervisar la distribución de la temperatura con precisión es una ardua tarea. La medición directa con sensores es casi irrealizable debido a que se trata de un entorno complejo, con altas presiones y fluidos de corte que pueden dañar los sensores. La solución concebida por el proyecto MoMenT, respaldado por la Unión Europea, consistió en desarrollar una herramienta combinada de corte y supervisión, que incorporaba sensores cuidadosamente espaciados. «Nuestros prototipos y algoritmos nos permitieron calcular con precisión la temperatura en la zona de corte en función de las lecturas del sensor», explica Rachid M’Saoubi, experto en investigación y desarrollo de Seco Tools, la empresa anfitriona del proyecto, y supervisor de Vyacheslav Kryzhanivskyy, beneficiario de una beca individual de investigación Marie Skłodowska-Curie.
Módulos para supervisar la distribución de calor
Cuando se conocen las temperaturas y las propiedades termofísicas de las herramientas, se pueden determinar los flujos de calor. Para resolver el problema de no poder obtener lecturas de la zona de corte, los sensores de MoMent midieron las temperaturas en diferentes puntos bajo el inserto de corte. A continuación, los algoritmos extrapolaron estas lecturas para calcular la temperatura en cualquier punto de la herramienta. Un módulo de «resistencia térmica» empleó un Light Flash Apparatus para recopilar información sobre la resistencia térmica del conjunto de herramientas, así como un algoritmo de modelización que calcula la temperatura de corte. Esto se complementa con un módulo de «distribución de temperatura», que contiene los prototipos de herramientas de mecanizado MoMenT equipados con sensores termopar y termistor. Este módulo también empleó algoritmos de modelización para calcular la distribución o el flujo de calor. Por último, los módulos de «investigación de materiales de recubrimiento» y de «investigación del enfriamiento» cuantificaron el efecto de los materiales de recubrimiento sobre los flujos de calor que fluyen hacia la herramienta y calcularon el coeficiente de intercambio de calor en función del método de enfriamiento elegido. «Las pruebas demostraron que nuestro sistema era capaz de reducir el rango de estrategias de mecanizado efectivas, lo que ayudó al sector a cuantificar los efectos térmicos de diferentes materiales de recubrimiento de herramientas, materiales y métodos de enfriamiento», agrega Kryzhanivskyy.
Hacia la Industria 4.0
Una tecnología de mecanizado más eficiente proporciona una mayor productividad para los fabricantes, así como una mejor calidad del producto para los consumidores. Estas herramientas con sensores térmicos incorporados serán especialmente útiles para la automatización de procesos industriales y de fabricación tradicionales mediante el uso de tecnologías inteligentes modernas, un fenómeno conocido como Industria 4.0. «Una herramienta asequible con sensores térmicos capaz de supervisar en línea la temperatura en la zona de corte es aún una posibilidad remota. Por ahora, estamos mejorando y probando nuestro prototipo», señala Kryzhanivskyy. El equipo ya ha logrado integrar la transmisión inalámbrica de señales en sus sensores de temperatura. El siguiente paso consistirá en mejorar la integración del sistema para que las decisiones sobre las condiciones de corte (avance, profundidad y velocidad) puedan basarse en la distribución de temperatura dentro de la estructura de la herramienta en tiempo real. Este trabajo en curso se está realizando en colaboración con el proyecto ToolSense (con VINNOVA y la financiación de los Clústeres EUREKA). Este se ha creado para desarrollar, ampliar y comercializar sensores para la medición y la supervisión en línea de fuerzas, vibraciones y temperaturas en procesos de mecanizado.
Palabras clave
MoMenT, mecanizado por arranque de virutas, distribución de calor, mecanizado, fabricación, temperaturas, algoritmos, materiales de recubrimiento, enfriamiento, Industria 4.0, resistencia térmica, sensores