El Boletín Enero 2021

Cuando ANCA se asoció con Precorp (ahora parte del grupo Sandvik Coromant) para crear la máquina ANCA EDG (Rectificadora por Electroerosión) en 2011, la misión era clara. Ambas empresas querían crear una plataforma de Mecanizado por Electro Descarga Rotatoria  (EDM por sus siglas en Inglés) de alto rendimiento y que no solo pudiera producir las mejores geometrías de herramientas de su clase, sino que además contará con los mejores tiempos de ciclo en el mercado.

Fue la ocurrencia de Pat Boland, Fundador y Director General de ANCA, quien rápidamente se dio cuenta que para superar a la competencia actual, se necesitaba cerebro más que músculo. “El proceso de erosión es simple en su complejidad. La base del proceso utiliza electrodos positivos y negativos con electrolito para crear chispas a lo largo de un material. ANCA tiene una historia de 45 años en la fabricación de las mejores herramientas de carburo y HSS del mundo y queríamos utilizar ese conjunto de habilidades en herramientas de PCD ”, dijo Pat.

Las principales motivaciones detrás de la concepción de las máquinas ANCA EDG eran que debían ser lo suficientemente simples para que se pudieran producir fácilmente todos los tipos de herramientas con ranuras de cizalla soldadas, pero lo suficientemente complejas para permitir la creación de una variedad infinita de herramientas helicoidales de punta sólida, veteadas y chevron. Pat agrega: "Nos dimos cuenta desde el principio de que la complejidad en la geometría de herramienta que queríamos que nuestros clientes alcanzarán, interpolación de 5 ejes mientras se mantiene la distancia precisa del espacio de erosión, iba a ser un desafío enorme".

Fue entonces cuando Boland, Maestro en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Melbourne, llamó a la puerta de la Universidad RMIT de Melbourne y fue presentado al candidato a doctorado en Ingeniería Eléctrica, ahora Dr. Kotler Tee. El Dr. Tee trajo consigo aportes ingeniosos y ANCA lo contrató rápidamente para encabezar la creación y el despliegue del proceso de erosión EDG. Trabajando hombro a hombro, Boland y Tee formularon ideas y se pusieron a trabajar para crear posiblemente el proceso de erosión técnicamente más avanzado en el mercado de hoy.
 
Paso 1: Mantener el espacio óptimo de erosión por chispa con IAC

La primera tarea que abordaron fue mantener el espacio óptimo de erosión por chispa para interpolaciones de trayectoria, tanto en las simples 2D como en las complejas 3D. “Durante el proceso de erosión, mantener el espacio óptimo de erosión por chispa es fundamental para que el proceso funcione con alta eficacia. Esto es muy simple para la interpolación de ruta 2D rotatoria. Sin embargo, cuando la interpolación de trayectoria 3D implica 4 o 5 ejes que se mueven simultáneamente; los cambios de superficie, volumen y trayectoria se convierten en un desafío ”, dijo el Dr. Tee. “Por nuestras pruebas, sabíamos que el estándar era simplemente establecer la velocidad de avance de la máquina al mínimo permitido para mantener una distancia útil entre chispas; sin embargo, esto conduce a una gran cantidad de 'tiempo de transmisión' y reduce drásticamente las velocidades de avance". Es así como, para permitir que la velocidad de avance permaneciera alta y mantuviera el espacio óptimo de electroerosión, nació la idea del Control Adaptativo Inteligente (IAC por sus siglas en Inglés).

El Control Adaptativo Inteligente (IAC) es una característica servocontrolada al tiempo que monitorea y controla automáticamente la distancia de la brecha de erosión durante el proceso. Utilizando la funcionalidad EtherCAT del sistema de control ANCA Motion AMD5x, IAC sincroniza los movimientos de la máquina con el rendimiento del generador. IAC ajusta y mantiene la distancia óptima entre chispas, lo cual es muy importante cuando se erosionan geometrías 3D como las ranuras y los cortes de PCD en brocas y fresas. Con el cambio de geometría en hasta 5 ejes a la vez, IAC ajusta automáticamente la distancia de separación y la velocidad de avance de la máquina para optimizar la velocidad de erosión y el acabado de la superficie. Esto implica no solo acelerar las velocidades de avance cuando la erosión se produce a lo largo de trayectorias lineales, sino también reducir las velocidades de avance cuando se producen cambios de trayectoria.

“Los giros y las vueltas a lo largo de la trayectoria de erosión conducen a escenarios en los que es probable que la rueda de electrodo entre en contacto cercano con la herramienta o se salga de la herramienta. Esto puede generar chispas óptimas, malas y desaprovechadas a lo largo de la trayectoria ”, agregó el Dr. Tee. IAC lo tiene en cuenta automáticamente y mantiene la velocidad de avance más rápida posible a lo largo de cualquier ruta variable. Esto resulta automáticamente en un aumento general en las velocidades de avance, un daño térmico mínimo, un acabado superficial superior, un mayor MRR y un menor tiempo de ciclo.

Un beneficio adicional del IAC es la facilidad con la que se pueden fabricar micro herramientas de carburo y PCD. Cómo el IAC mantiene la distancia óptima, la posibilidad de colisiones de ruedas y, por lo tanto, de rotura de la herramienta es muy baja. Esto es fundamental cuando se erosionan herramientas por debajo de 0,5 mm.

Paso 2: Optimice el proceso de erosión con ASC

El siguiente desafío fue la creación de chispas óptimas para facilitar el proceso de erosión. La corriente, el voltaje, la duración, el tiempo de inactividad y, por lo tanto, la intensidad de las chispas cambian según el material que se está erosionando. Es decir, el PCD requerirá ciertos parámetros a diferencia del carburo (HM) y el acero de alta velocidad (HSS). El desafío es que las obleas de PCD son generalmente PCD de 0,6 mm con un respaldo de carburo de 1 mm. El PCD sinterizado, al igual que con el proceso “veteado” de Precorp-Sandvik, las herramientas de chevron y las herramientas de punta sólida, también se forman sobre el respaldo de carburo. Cuando se erosiona agresivamente, como en las operaciones de desbaste, la rueda del electrodo de cobre se erosiona a lo largo del borde de carburo de PCD. Los parámetros de erosión optimizados para PCD pueden sobre erosionar inadvertidamente el respaldo de carburo. Esto, a su vez, conduce a una erosión excesiva en el borde de carburo de PCD, denominado "socavado", ya que erosiona selectivamente el carburo debajo del PCD. Además, puede conducir a una "filtración de cobalto", que es cuando el ligante de PCD, el cobalto, se erosiona preferentemente dejando ganancias de PCD expuestas.

Esto es similar a cavar bajo los cimientos de un camino pavimentado. Si se excava demasiado material por debajo del camino, eventualmente el camino colapsará. Las pruebas de la máquina mostraron que el socavado y la filtración de cobalto durante el desbaste intenso producen un borde quebradizo a lo largo del filo y un desgaste prematuro de las herramientas. Para evitar que esto suceda y optimizar el proceso de erosión, se creó el Control de Chispa Adaptativo (ASC por sus siglas en Inglés).
El ASC utiliza el servosistema EtherCAT ultrarrápido junto con DSP (Procesadores de Señal Digital) y FPGA (Matrices de Puertas Programables de Campo) en el propio generador. El generador de erosión EDG puede monitorear y procesar cada chispa en tiempo real. La forma de onda de cada chispa se supervisa y es clasificada automáticamente en función del material que se está erosionando, la distancia del espacio de erosión, y otros factores esenciales para un proceso óptimo de erosión. El generador luego puede adaptar dinámicamente el nivel de energía de todas y cada una de las chispas (corriente, voltaje, duración y tiempo de inactividad) para adaptarse al material que se está erosionando.

El ASC optimiza el proceso de erosión que conduce a una menor filtración de cobalto y una reducción del socavado en el borde de carburo de PCD. Esto conduce a un filo más fuerte y una herramienta terminada menos propensa a astillarse. Esto ayuda a lograr una mayor vida útil, menor desgaste y menores costes de herramienta. Pruebas en herramientas adecuadas para el mecanizado de CFRP (plástico reforzado con fibra de carbono) mostraron un aumento en la vida útil de la herramienta de hasta un 60%.

Estos controles inteligentes de erosión, están ahora protegidos por las patentes otorgadas a ANCA.

 
Paso 3: Mejore la electrónica de potencia con el generador de erosión Motion SparX de ANCA

La última pieza del rompecabezas fue optimizar la electrónica para permitir una erosión aún mayor y más agresiva mientras se mantienen resultados muy altos en el acabado de superficies. Para ello, ANCA se apoyó en la experiencia de su empresa hermana, ANCA Motion. Richard Colin, Ingeniero Eléctrico Senior, recibió la tarea de crear el generador de erosión líder en la industria basado en la plataforma Servo AMD5x. Richard era un experto en electrónica de alta frecuencia y alta potencia, habiendo diseñado previamente unidades de potencia terrestres (GPU por sus siglas en Inglés) para la industria de la aviación antes de trabajar en ANCA Motion (Aun hoy en dia, se le puede ver a Richard exhibiendo su chaqueta de cuero Pratt and Whitney). " Me sumergí apenas tuve la oportunidad. Había estado esperando por la oportunidad de trabajar con la mejor y última electrónica de potencia de semiconductores para velocidades de conmutación de banda ancha ".

En comparación con los componentes equivalentes, la tecnología de miliamperios por pulso permite a los clientes de ANCA ampliar el rango de potencia al que pueden acceder y utilizar. El generador de erosión Motion SparX de ANCA exhibe un rendimiento superior en el rango de operaciones de desbaste extrapesado a acabado ultrafino, utilizando la tecnología Pico-pulse para la ablación de alta densidad de energía. Esto permite una capacidad de control muy superior, proporcionando a los clientes velocidades de avance optimizadas, una calidad de superficie superior y tiempos de ciclo drásticamente reducidos. Esta precisión de pulso permite una erosión que varía desde pulsos de energía ultra baja para un acabado ultrafino excepcional hasta pulsos de alta energía para una rápida eliminación de material.
En el proceso de erosión PCD, el tiempo de ciclo está directamente relacionado con la tasa de eliminación de material (MRR por sus siglas en Inglés). El generador de erosión Motion SparX de ANCA ofrece aumentos inigualables en la MRR utilizando las nuevas operaciones de desbaste extra pesado, acabado superfino y acabado ultrafino. Esto equivale a un aumento sin igual en la MRR y una disminución del 50% en el tiempo de ciclo en comparación con las máquinas de la competencia, posiblemente los tiempos de ciclo más rápidos del mercado. Adicional a esto, la calidad de la superficie de erosión también mejora en todos los modos de energía. Los acabados de superficie pulidos de Ra <0,1 µm y Rz <0,5 µm se pueden lograr fácilmente utilizando el proceso de “Acabado ultrafino” recién lanzado con tecnología Pico-pulse. Estas operaciones permiten la producción de filos de corte superiores, necesarios para las aplicaciones de herramientas de corte más exigentes.
La combinación de inteligencia en un dominio que alguna vez estuvo dominado por la electrónica de fuerza bruta, no solo les da a los clientes de ANCA una ventaja sobre la competencia, sino que también les permite un enfoque más inteligente para la fabricación de herramientas. “La diferencia entre nuestro enfoque y el enfoque de nuestros competidores es que ANCA se enfoca en lo que nuestros clientes quieren lograr con su proceso de erosión. Nos dijeron enfáticamente que querían un proceso optimizado para herramientas PCD helicoidales y redondas. Trabajamos en estrecha colaboración con ANCA Motion para diseñar nuestro generador de erosión para que se adapte no solo a las herramientas de corte, sino también a la gama infinita de geometrías altamente complejas, en lugar de reutilizar la tecnología del generador creada originalmente para el Mecanizado por Electro Descarga de Alambre (Wire-EDM). Nuestro enfoque dio la vuelta a la industria. Dejamos que las geometrías dicten el proceso, no el proceso dicte las geometrías disponibles ".

"Usamos la inteligencia para superar la fuerza bruta, como la liebre lo hace con el zorro ”, bromeó el Dr. Tee.

15 enero 2021