Mecanizado de ranas

Jul 25, 2023

Fives Liné Machines (FLM), Granby, Que., construyó una fresadora de pórtico vertical Gicamill R para el mecanizado de cruces ferroviarios comunes, comúnmente conocidos como ranas. FLM

El sistema ferroviario del mundo es una parte vital de la cadena de suministro global y una parte integral para mover a casi 2 mil millones de viajeros a sus destinos cada año. Con casi 90.000 km de vías férreas, Rusia ocupa el tercer lugar en el mundo, solo por detrás de EE. UU. y China.

Mantener los trenes en marcha es una gran responsabilidad. Sin embargo, mantener las pistas en orden es igual de importante. Y una parte clave del sistema de vías es la rana.

Una rana ferroviaria, o cruce común, es un componente de la estructura mecánica del cambio de riel que permite que las ruedas del tren crucen de una vía a otra. Una nueva ranilla suave ayuda a garantizar que el tren se transfiera sin problemas a otra línea.

Cuando Murom Switch Works (MSW) de Rusia necesitó producir ranas para la nueva línea ferroviaria de Moscú a Kazán, la primera etapa de un nuevo ferrocarril de alta velocidad en la Federación Rusa, recurrió a Fives Liné Machines, Granby, Que., y su socio de herramientas elegido, Iscar Tools, Oakville, Ontario, para crear el proceso de fabricación necesario para fabricar estas piezas tan necesarias.

¿Por qué tren de alta velocidad? Es matemática simple: el nuevo enlace Moscú-Kazan reducirá el tiempo de viaje entre las dos ciudades a aproximadamente 4 horas de las 14 horas actuales en la infraestructura ferroviaria existente. Con trenes que viajan a aproximadamente 400 km/h, es importante un viaje suave.

"MSW nos seleccionó por nuestros servicios de ingeniería y por la máquina que les recomendamos", explicó Claude Perreault, especialista en marketing y comunicación de Fives Liné Machines.

La máquina en cuestión es el molino de pórtico vertical Gicamill R de la compañía, que está diseñado y construido específicamente para la industria ferroviaria.

Los movimientos deslizantes accionados por motor de la máquina se logran mediante el uso de cojinetes guía antifricción, incluidas guías deslizantes de acero endurecido y rectificado (hasta 60 HRC) con almohadillas de cojinetes de rodillos recirculantes precargados de alta capacidad.

Lo que también le gustó a MSW fue el hecho de que la máquina no realiza cambios de cabeza.

"Por definición, un cambio de cabezal reduce la rigidez del sistema", dijo Adrien Roubenne, director de ventas de Fives Liné Machines. “Además, los cambios de cabezal aumentan el tiempo de ciclo de la máquina al mismo tiempo que aumentan las necesidades de mantenimiento”.

El molino de pórtico no requiere cambios de cabeza, lo que puede aumentar el tiempo de ciclo y aumentar el tiempo y los costos de mantenimiento. Íscar Herramientas

El diseño de la cabeza del Gicamill R tiene un gran eje A en la parte delantera del pistón, en lugar de en la parte inferior, y está diseñado específicamente para absorber enormes fuerzas de corte. El cabezal de fresado de 4 ejes tiene una capacidad de desplazamiento de ±105 grados. Para MSW, el uso del cuarto eje también ayuda a reducir la necesidad de cortadores de formas especiales.

El cabezal está montado de forma permanente en la cara frontal inferior de la fundición principal, lo que proporciona una posición de inclinación del husillo con una rigidez extrema. , y 2000 RPM", dijo Roubenne.

El motor impulsa el husillo desde el eje de transmisión a través de un sistema de tren de engranajes cónicos ubicado dentro de la carcasa del husillo. El sistema de transmisión del husillo está controlado por el CNC, que cambia automáticamente al rango necesario de acuerdo con las velocidades programadas. Para una máxima rigidez, el husillo utiliza portaherramientas ISO/CAT 60.

"La máquina también tiene un diseño compacto que consiste en secciones rígidas de una sola pieza de la cama y la mesa de trabajo que soportan el pórtico. La base simplificada es menos costosa de construir pero asegura una mejor distribución de la carga", dijo Roubenne. "La construcción robusta y rígida ofrece el alto rendimiento necesario para materiales difíciles de fresar".

En este caso, el material es una desafiante aleación de acero a base de manganeso de receta rusa.

Si bien los primeros tres criterios clave para un buen corte (comprensión del material, la geometría y el husillo) determinan las geometrías, los dientes y las disposiciones de las plaquitas de las herramientas de corte, las frecuencias generadas también ayudan a definir los parámetros de corte, como las velocidades de corte.

“Es un material muy resistente, tenaz, que se endurece durante el mecanizado. Va de 26-28 HRC a 40-45 HRC”, comenta Christian Meunier, comercial de Iscar. “También hay una variación en los espesores a eliminar”.

Para seleccionar el utillaje adecuado para las operaciones de mecanizado, el centro técnico de Iscar partió del dibujo 2D de la pieza. Comprender la referencia y el radio del riel era muy importante porque determinaba la mayoría de las secuencias de la operación de corte y cómo se realizaría.

Luego, la empresa produjo un conjunto de herramientas especiales para mecanizar las superficies únicas de la pieza, incluida la coincidencia con el perfil del riel. Varias de sus herramientas estándar eran capaces de mecanizar las otras superficies que no requerían una forma especial.

"Además del perfil del riel y la dureza del material a base de manganeso, tenemos que respetar las dimensiones, el acabado superficial y la vida útil de la herramienta", dijo Meunier.

El cabezal de fresado de 4 ejes de la máquina tiene una capacidad de desplazamiento de ±105 grados, lo que reduce la necesidad de cortadores de formas especiales. FLM

Al principio del proyecto, Fives lanzó una oferta para seleccionar un socio de herramientas de corte. Esta oferta se envió a las pocas empresas capaces de proporcionar herramientas para la configuración y la pieza de la máquina, y que también eran capaces de ayudar al usuario final en Rusia.

Se eligió a Iscar en parte porque entendió la importancia del apoyo que se requeriría para el proyecto en Rusia, pero también por su experiencia en la industria ferroviaria.

La industria ferroviaria es un gran consumidor de herramientas de corte que requiere una variedad de opciones tanto estándar como personalizadas.

El mecanizado de piezas ferroviarias representa un desafío tanto para los fabricantes como para los productores de herramientas de corte, que deben enfrentarse a una serie de limitaciones, como los tamaños de pieza de trabajo relativamente grandes, las estructuras complejas y el perfil final complicado. Esto, junto con la necesidad de eliminar un gran volumen de material, tener una vida útil predecible de la herramienta y evitar altos costos de mantenimiento, hace que el proceso sea un desafío.

Cuando el equipo de ingeniería de Iscar seleccionó las herramientas y los insertos correctos para cada operación, se tomaron en cuenta muchos parámetros, como el tipo de material y las características de potencia de la máquina herramienta, incluidos sus accesorios de sujeción.

"El diseño de las herramientas de corte y los insertos es muy importante para evitar vibraciones. Los métodos de programación (definición de velocidad, avance y profundidad de corte) también son factores importantes que podrían hacer que los cortadores vibren", dijo Roubenne.

Muchas operaciones para el mecanizado de piezas ferroviarias involucran herramientas giratorias, especialmente para funciones de fresado.

En el fresado, debido al alto volumen de material removido, se utilizan cortadores intercambiables de flauta extendida (tanto cónicos como de perfil). Sin embargo, se puede utilizar una configuración de diseño de molino de cáscara modular como alternativa a los cortadores grandes de flauta extendida.

Según Daniel Durand, gerente regional de ventas de Iscar para Quebec, los cortadores utilizados en las ranas de MSW tienen insertos de sujeción tangencial que mejoran la resistencia general de las herramientas y ayudan a garantizar una mayor densidad de dientes, lo que mejora la productividad.

"Estas piezas en particular requieren herramientas que creen una buena evacuación de virutas y, en esta máquina, las virutas se limpian con un chorro de aire", dijo Durand.

No se utiliza refrigerante en el proceso, solo un chorro de aire, pero los cortadores de Iscar Tools tienen insertos de sujeción tangencial que mejoran la resistencia general de las herramientas y ayudan a garantizar una mayor densidad de dientes, lo que mejora la productividad. FLM

Iscar eligió el tamaño de plaquita y el cortador para tener la mayor masa posible. Esto requiere un adaptador y un diámetro de fresa grandes, así como plaquitas grandes.

"Las formas de los insertos elegidos, los ángulos de inclinación positivos, la hélice del inserto y los rompevirutas nos ayudan a controlar las virutas en estas operaciones de mecanizado", dijo Meunier.

La fijación de la pieza también debe ser lo suficientemente rígida para eliminarla como fuente de vibración durante el proceso de corte. Fives diseñó y ubicó las abrazaderas de las fijaciones para usar la capacidad total de la máquina y sus herramientas.

"La sujeción es muy importante", dijo Roubenne. "El éxito dependerá de la combinación de sujeción de piezas, herramientas de corte, método de programación y máquina. Si la sujeción de piezas crea vibraciones, la calidad de la superficie se verá afectada y la vida útil de los cortadores se reducirá, lo cual no es aceptable si comprendemos el costo de estas herramientas grandes y la cantidad de insertos necesarios".

La máquina, construida en la ubicación de Fives en Granby, realizó cortes de prueba en algunas de las piezas reales del cliente. Si bien Iscar logró el tiempo de ciclo de mecanizado necesario en la primera prueba, se realizarán más pruebas y diseño de herramientas para aumentar la productividad y la vida útil de la herramienta en MSW cuando la máquina esté lista.

Idealmente, el resultado final de este trabajo colaborativo será un viaje tranquilo para los viajeros rusos.

Se puede contactar al editor Joe Thompson en [email protected].

Fives Line Machines, www.fivesgroup.com

Herramientas Iscar, www.iscar.ca

Murom Switch funciona, https://aomsz.ru