Sostenibilidad en el mecanizado: ¿Qué importancia tiene la sujeción de las herramientas?

Las consideraciones de sostenibilidad están actualmente "de moda". El mecanizado y los equipos utilizados para ello no son una excepción. A menudo se tienen en cuenta elementos individuales, como la sujeción de las herramientas. Sin embargo, si realmente quiere actuar de forma sostenible, no debe centrarse demasiado en esos detalles, ya que de lo contrario podría perder ventajas en el proceso global.

La sostenibilidad es un tema que, con razón, cada vez nos importa más. Los recursos son limitados y la energía cada vez más cara. Al evaluar la sostenibilidad, es importante no centrarse demasiado en un producto, sino tener en cuenta también el medio ambiente: el ciclo de vida del producto y todo el proceso en el que se integra.

¿Cómo se ve la sostenibilidad en el mecanizado?
El mecanizado de metales tiene muchas facetas. En función del material, la geometría de los componentes y las cantidades, se utiliza una gran variedad de máquinas, herramientas y dispositivos de sujeción. También hay que tener en cuenta circunstancias externas como el lugar de producción, la cualificación de los empleados y la posible automatización. Hay muchas opciones de fabricación diferentes que pueden ser la mejor solución, la más económica y la más sostenible, dependiendo de cada caso. Es difícil no comparar manzanas con naranjas.

¿Cómo se mide la sostenibilidad? Aparte de los materiales utilizados, la eficiencia energética es probablemente el principal factor que determina un proceso sostenible. Por eso, un enfoque prometedor es buscar los mayores consumidores y optimizar su uso.

La máquina herramienta ofrece un potencial de ahorro
En el mecanizado, se trata sin duda de la máquina herramienta, que consume la mayor parte de la energía utilizada con sus accionamientos de husillos y ejes, periféricos y unidades auxiliares como refrigeración, lubricación o suministro de aire comprimido.

Al comprar máquinas nuevas, el usuario puede reducir considerablemente el consumo prestando atención a los componentes que ahorran energía. Andreas Haimer, Director General y Presidente del Grupo HAIMER, líder del mercado en tecnología de portaherramientas, explica: "En nuestra propia producción, hemos aprendido que sustituir un centro de mecanizado antiguo por uno nuevo con el mismo proceso de mecanizado requiere alrededor de un 30% menos de energía". Y añade otro factor fundamental: "Como empresa familiar, prestamos mucha atención a la sostenibilidad. Por ejemplo, adquirimos el acero para las herramientas en Alemania, utilizamos desde hace años electricidad procedente exclusivamente de fuentes de energía renovables e invertimos en sistemas de energía solar e infraestructuras ecológicas. En el último ejercicio invertimos en total más de un millón de euros y ahorramos más de 250 toneladas de CO2 al año."

Volviendo a la maquinaria, no todos los centros de mecanizado antiguos pueden sustituirse por uno nuevo. También se puede ahorrar en el proceso de mecanizado, por ejemplo utilizando estrategias de mecanizado optimizadas por CAD/CAM, como el fresado trocoidal. Andreas Haimer tiene un ejemplo concreto: "Un cliente nos proporcionó datos sobre cómo pudo reducir el tiempo de mecanizado en un 75%, de 71 a 18 minutos por pieza, mediante el fresado trocoidal con nuestros portaherramientas HAIMER Power y fresas HAIMER MILL, en comparación con el mecanizado con fresa frontal. Mientras que en el mecanizado convencional con fresa frontal la carga del husillo era del 80-85% para 10 piezas, lo que suponía unos costes energéticos totales de unos 150 euros, la estrategia de fresado trocoidal con una carga del husillo del 8-10% y un tiempo de funcionamiento de la máquina significativamente menor redujo los costes energéticos a un total de 5 euros para 10 piezas. Esto, a su vez, se traduce en un mayor rendimiento con un menor consumo de energía por pieza producida: eso es lo que yo llamo sostenible y eficiente."

La sostenibilidad de la tenencia de herramientas: Un enfoque holístico
Si observa toda la cadena del proceso, ¿ha pensado alguna vez cómo puede contribuir un portaherramientas a la sostenibilidad? En vista de un proceso de mecanizado en el que la fresadora consume una media de unos 30 kW, más la potencia de los dispositivos hidráulicos y neumáticos, los equipos de automatización y los robots, el portaherramientas sólo desempeña un papel subordinado. Esto se debe a que el portaherramientas es un detalle comparativamente pequeño, aunque el proceso de sujeción con un mandril de ajuste por contracción consuma una cantidad marginal de energía.

Si nos fijamos en otros sistemas de sujeción, el consumo de energía durante el proceso de contracción es mayor en el uso operativo que con un mandril hidráulico o de fresado. Si se examina el ciclo de vida completo de un portaherramientas, que incluye la producción, el mantenimiento y la eliminación, el panorama es completamente distinto.

La fabricación de un mandril hidráulico requiere mucho más esfuerzo y energía debido a su estructura más complicada. Además del mecanizado de alta precisión de los componentes individuales, hay que añadir la soldadura del manguito de expansión, el tratamiento térmico adicional para evitar que se rompa la unión soldada, así como el esfuerzo necesario para la limpieza, el montaje y el llenado de aceite. "Según nuestra experiencia, la energía necesaria para la producción es unas tres veces superior a la del mandril de ajuste por contracción", explica Andreas Haimer. "Además de los mandriles de ajuste por contracción, también tenemos mandriles hidráulicos en nuestra amplia cartera, aunque sus precios de catálogo son de dos a tres veces superiores a los de los mandriles de ajuste por contracción debido al complejo proceso de producción. Son la solución adecuada para determinadas aplicaciones. Sin embargo, no son más sostenibles. Nuestros análisis han demostrado que la fabricación de un plato hidráulico requiere aproximadamente 25 kWh más de energía que la de un plato de contracción. A la inversa, en términos de ciclo de vida del producto, esto significa que un mandril de contracción con un consumo energético de 0,026 kWh por ciclo de contracción y refrigeración puede contraerse casi 1.000 veces antes de necesitar más energía que un mandril hidráulico". Lo mismo ocurre con los mandriles de fresado, que son mucho más complicados y contienen más componentes, así como grasa y lubricantes.

El ciclo de vida y la fiabilidad del proceso son cruciales
Además del aumento de los costes de fabricación, también hay que tener en cuenta la diferencia en términos de mantenimiento. Mientras que los mandriles de contracción de Haimer no requieren mantenimiento gracias a la calidad especialmente alta del acero para herramientas trabajado en caliente y, en combinación con la tecnología patentada de bobinas y máquinas de contracción de Haimer, pueden introducirse y extraerse un número ilimitado de veces, mientras que los mandriles hidráulicos y los mandriles de fresado deben devolverse al fabricante cada 2-3 años como máximo para comprobar la fuerza de sujeción, lubricar el tornillo de sujeción o engrasar el sistema y realizar un mantenimiento periódico del mandril debido al desgaste. El fluido hidráulico o la grasa contenidos también dificultan la eliminación respetuosa con el medio ambiente en comparación con los mandriles de ajuste por contracción, que no contienen componentes adicionales. Además del ciclo de vida, también existen diferencias significativas en cuanto a la fiabilidad del proceso: en caso de mecanizado en seco o de refrigeración insuficiente en el proceso de mecanizado, los platos hidráulicos presentan el riesgo de que las cámaras de sujeción revienten debido al elevado desarrollo de calor, lo que incluye la extracción de la herramienta y el riesgo de chatarra. Los portaherramientas retráctiles son más robustos y duraderos en este sentido; si desea eliminar por completo el riesgo de extracción de la herramienta, el sistema Safe-Lock de Haimer está disponible como opción para los portaherramientas retráctiles para una seguridad del 100%.

El consumo de energía en perspectiva
Pero, ¿cómo se calcula realmente el consumo de energía durante el proceso de contracción? Calentar un mandril de contracción lleva unos 5 segundos con una máquina de contracción HAIMER actual. Los usuarios experimentados retraen una herramienta de corte desgastada y retraen una nueva herramienta de corte en una sola operación. Por tanto, el portaherramientas sólo se calienta y enfría una vez. La potencia máxima de una máquina de contracción HAIMER Power Clamp con la bobina NG patentada es de 13 kW, pero la media es de 8 kW. Esto significa que un proceso completo de retracción consume alrededor de 0,011 kWh. Además, la refrigeración consume alrededor de 0,015 kWh, aunque los dispositivos Haimer pueden enfriar hasta cinco soportes en paralelo y al mismo tiempo con casi el mismo consumo de energía. En el peor de los casos, esto supone un total de 0,026 kWh para todo el proceso. Si un kilovatio hora cuesta 20 céntimos, encoger y enfriar una herramienta cuesta unos marginales 0,5 céntimos.

¿Y cómo debe clasificarse el consumo de energía cuando se considera el proceso de mecanizado, en el que el consumo de energía de una fresadora con todos los accionamientos auxiliares ronda los 30 kW? Suponiendo que una herramienta se utilice durante aproximadamente 1 hora y que se pueda ahorrar aunque sólo sea un uno por ciento del tiempo de mecanizado gracias a la alta concentricidad y rigidez o a las estrategias de fresado mejoradas gracias al contorno delgado, eso supondría 0,3 kWh de energía ahorrada. Esto es aproximadamente 11 veces la cantidad de energía utilizada para la contracción.

Andreas Haimer resume: "El consumo de energía por proceso de sujeción desempeña un papel insignificante en comparación con las cuestiones del ciclo de vida, la fiabilidad del proceso y la estrategia de mecanizado. Las modernas estrategias de fresado optimizadas mediante CAD/CAM pueden ahorrar un 75% del tiempo de mecanizado. Los mecanizadores deben centrarse en estos procesos mejorados si quieren ser sostenibles y productivos. Y en un segundo paso, deben seleccionar el portaherramientas más adecuado y fiable para estas estrategias".
 



Sostenibilidad en HAIMER, En 2023, HAIMER invirtió más de un millón de euros en infraestructuras ecológicas. Entre otras cosas, el sistema de energía solar se amplió a otros edificios y se convirtió a luces LED. Esto ahorrará más de 250 toneladas de CO2 al año.

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