Software CAD/CAM automatiza el proceso de diseño y mecanizado de moldes

Con un enfoque en una mayor calidad y menores tiempos de producción, compañías como JK Machining, la cual se especializa en el diseño y manufactura de moldes de inyección de plásticos, debe esforzarse por cumplir las necesidades de sus clientes. La compañía invirtió en capacidades de mecanizado avanzado; pero una vez actualizó su sistema CAD/CAM a una suite de software específica para moldes de Siemens PLM fue capaz de entregar moldes de calidad a un costo razonable.

Fundada en 1980 y ubicada en Kalamazoo, Michigan, los 15 empleados de JK Machining se centran en moldes clase 101 – moldes de alta producción con tiempos de ciclo rápidos hechos de materiales de alta calidad y diseñados para 1 millón o más ciclos. Sus clientes automotrices son proveedores Tier 1 y Tier 2 que producen principalmente salidas de aire acondicionado, tableros, portavasos y otros componentes interiores. La compañía también fabrica moldes para la industria de dispositivos médicos. Ambos sectores exigen alta calidad, mejores líneas para partición de moldes, mejores acabados, tolerancias más estrechas, entregas oportunas y costos razonables. Tales exigencias solo han crecido.

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Según Henry Kalkman, presidente de JK Machining, la compañía solía gastar de 18 a 22 semanas para construir un molde para la industria automotriz. “Ahora eso ha bajado de 10 a 12 semanas”, dice él. “Todos nuestros clientes quieren llegar al mercado más rápido. Los fabricantes de moldes extranjeros tienen una ventaja en costo y están aumentando sus niveles de calidad. Ellos son nuestra principal competencia”.

Entender las necesidades de software CAD/CAM

Para satisfacer estas necesidades, la compañía ha invertido en capacidades de mecanizado avanzadas. Tiene dos centros de mecanizado vertical de alta velocidad Röeders; dos máquinas Milltronics que se usan principalmente para ciclos de taladrado y desbaste; y máquinas de tres y de cinco ejes usadas para dar acabado a cavidades de moldes y cortar electrodos para electro-erosionado. Sin embargo, la compañía se encontró con que le faltaba el software correcto para sacar toda la ventaja de estas máquinas.

En consecuencia, JK Machining buscó actualizar sus capacidades CAD/CAM para mejorar la eficiencia y la competitividad. Antes, había usado sistemas separados de software para las etapas de diseño y manufactura, lo cual significaba exportar datos CAD a un formato de intercambio neutral, luego importar los datos en el sistema CAM para la programación de control numérico (CN). Esta transferencia y traducción de datos introducía pasos adicionales que afectaban la productividad y daban espacio al error. Más aún, complicaba los cambios de diseño, los cuales eran difíciles de registrar e implementar correctamente a través del proceso como un todo.

En la cima de estas ineficiencias, el software de programación de CN de la compañía demostró ser difícil de operar en máquinas de cinco ejes, y sólo había pocas opciones de personalización que podían abordar requerimientos de velocidad y eficiencia. Con estos problemas afectando ambos extremos del proceso – diseño y producción – era difícil entregar moldes de calidad oportunamente y a un costo razonable.

Encontrar una solución en la automatización de proceso

JK Machining seleccionó la suite de software NX de Siemens PLM Software, la cual incluye características especializadas de diseño de moldes, además de las capacidades tradicionales CAD/CAM. Las características clave del software automatizan partes del proceso de desarrollo de moldes, desde el diseño hasta la manufactura.

Las funciones CAD incluyen trabajar con modelos geométricos proporcionados por los clientes, así como capacidades específicas para moldes que soportan un flujo de trabajo de diseño eficiente. Las funciones de programación de máquinas de alta velocidad y de cinco ejes en el software CAM permiten a la compañía sacar total ventaja de sus herramientas avanzadas de máquina. Al integrar totalmente el diseño y el mecanizado de moldes, el software permite a los usuarios editar una parte CAD, luego moverse hacia delante o hacia atrás entre CAD y CAM sin inconvenientes, eliminando casi por completo el espacio para el error. Con este sistema integrado, la compañía estableció un hilo digital que permitió la automatización del proceso en el diseño y manufactura.

El proceso típico de diseño de moldes en JK Machining comienza cuando los clientes envían modelos CAD para cotización. Los modelos CAD generalmente están en el formato de intercambio neutral STEP, y la compañía importa los datos geométricos en NX. Después de ganar un proyecto, la compañía usa las características especializadas de diseño de moldes del NX Mold Wizard para crear la base del molde y diseñar núcleos, cavidades, canales, líneas de enfriamiento y otras características de forma rápida y eficiente. El software indica sub-cortes y lugares donde se necesita más refuerzo. El diseñador puede buscar paredes delgadas o gruesas y determinar automáticamente el peso total del molde y el centro de gravedad. Con las características del molde fácilmente identificables, el proceso de diseño progresa rápidamente.

El software puede automatizar otros aspectos del diseño de moldes, tales como listas de creación de materiales, y los usuarios pueden ahorrar tiempo al automatizar tareas repetitivas con capacidades transaccionales y macros. El usuario puede desarrollar una tarea una vez, registrarla con transacciones y guardarla como una macro para usar en el siguiente proyecto. Además, las bibliotecas de diseño de moldes permiten a los usuarios comparar rápidamente modelos de partes revisados y pasados, ahorrando tiempo en el proceso de actualización.

Integración del mecanizado con el diseño de moldes

El taller usa el NX CAM para programar todas las operaciones de fresado involucradas en la manufactura de moldes y troqueles. Los programadores de CN trabajan directamente desde el modelo CAD y usan funciones de diseño NX para diseñar electrodos y preparar modelos para mecanizar. Las herramientas CAD se usan frecuentemente para extruir, unir y cerrar brechas, y la capacidad de “optimizar cara” puede aliviar geometrías de parte cuestionables, sin forzar al usuario a ir a través de un proceso de múltiples pasos. 

El software también ofrece automatización abierta y personalización de herramientas que permiten a los usuarios atender requerimientos específicos.

Las plantillas de proceso permiten a los programadores de CN usar herramental y métodos de corte comprobados. En lugar de elaborar e ingresar manualmente los mismos parámetros para diámetros, profundidades de corte, y avances y velocidades para cada trabajo, ellos pueden reutilizar plantillas grabadas para crear un patrón de herramientas en cuestión de minutos. Con el tiempo, la biblioteca de ciclos de mecanizado probados que los usuarios generan puede incluir operaciones como desbaste, semi-acabado y acabado, lo que permite al taller automatizar la programación de CN.

Logro del mecanizado de alta velocidad y de cinco ejes

El NX CAM está diseñado para permitir múltiples clases de mecanizado avanzado, incluido el mecanizado de alta velocidad, una tecnología clave para fabricantes de moldes que necesitan mecanizar rápidamente superficies con acabado cercano al espejo. Él brinda radios automáticamente, además de aproximaciones y salidas del patrón de herramientas, prestándose para patrones de corte rápidos y suaves. También puede mantener altas las velocidades de corte y tasas de avance de la máquina, mientras elimina esquinas agudas, paradas súbitas y pausas en el acero o el grafito.

Las tres máquinas Röeders pueden lograr consistentemente un acabado superficial de calidad, eliminando el trabajo en banco y ahorrando tiempo, lo cual mejora la tasa de aceptación del cliente. 

Adicionalmente, el software incluye controles de inclinación de herramienta, el cual facilita el aprovechamiento del mecanizado en cinco ejes. Automáticamente convierte patrones de herramientas de tres ejes a cinco ejes, para mecanizar eficientemente moldes con cavidades profundas. Con el mecanizado con herramienta inclinada, el taller puede usar herramientas más cortas para reducir la vibración, minimizar la deflexión de la herramienta y mejorar el acabado superficial.

“Sin inclinación de herramienta, tendríamos que llevar el cortador a la rectificadora y aliviar el cuello”, dice un programador senior. “Cuando usted está cortando un electrodo con un cortador de 0.032 pulgadas de diámetro que está sobresaliendo una pulgada y media, usted tiene que disminuir la tasa de avance en un tercio y hacer cortes más pequeños. Pero con el método de inclinación de la herramienta en cinco ejes del NX CAM, mejoramos la calidad del molde al tiempo que reducimos el tiempo de mecanizado hasta cuatro veces”.

El señor Kalkman está satisfecho con los resultados. “En el pasado, sólo estábamos usando el mecanizado de tres ejes y ahora nos hemos movido a los cinco ejes. Incluso estamos mirando la robótica para automatizar más el proceso”. Él dice que automatizar el proceso de desarrollo de moldes ha ayudado a construir la reputación de su compañía y a mantener competitivo el taller.