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Álabe de turbina

El mecanizado de álabes alcanza nuevas cotas​

La fabricación competitiva de álabes para turbinas de vapor y gas supone un desafío ya que implica la mayoría de los factores más exigentes del mecanizado: 
  • los materiales de las piezas presentan una maquinabilidad variable (en algunos es tan deficiente que requiere plaquitas especiales),
  • es necesario eliminar una gran cantidad de material, así como conseguir un buen acabado superficial (sin efectos negativos sobre el álabe, por ejemplo, en cuanto a tensiones residuales),
  • la forma de la pieza es compleja (en algunos casos requiere el uso de programas CAM avanzados con los mejores métodos), 
  • los álabes tienden a vibrar durante el mecanizado (piezas largas, esbeltas y delgadas que precisan herramientas de corte ligero con capacidad antivibratoria), 
  • es importante la eficiencia de la producción (se fabrican en grandes series), 
  • es necesario utilizar y aplicar correctamente varias herramientas diferentes (desde planeado convencional hasta perfilado de 4 y 5 ejes).
 

Una estrategia de mecanizado bien calculada con mejoras continuas resulta crucial para la productividad y los procesos posteriores. La utilización de herramientas innovadoras y una aplicación cualificada es el único modo de alcanzar los desafíos que conllevan, en particular, los álabes rotativos. 

El desbaste del rombo del álabe y el perfil aerodinámico, especialmente en álabes de tamaño medio, a partir de piezas en bruto hasta alcanzar la forma básica del álabe es la fase que acapara una mayor atención, ya que representa el grueso del mecanizado. La mayoría se fabrican en acero inoxidable martensítico, pero muchos álabes se fabrican en dúplex, superaleaciones termorresistentes (HRSA) y titanio. Esta operación ha tenido distintas soluciones a lo largo de los años, pero las fresas de plaquita redonda y las fresas de ranurar de punta esférica se han convertido en las principales herramientas dada su capacidad de generación de perfiles con un filo seguro y resistente y debido a la holgura que dejan entre fresa y pieza.

Si se utiliza una fresa para el desbaste del rombo, uno de los factores más importantes será que el empañe de la fresa con la pieza sea grande, con un objetivo de entre el 60 y el 80%. Esto se puede conseguir aplicando el diámetro de fresa y el recorrido de la herramienta más adecuados. También se debe encontrar el mejor equilibrio posible entre avance, profundidad de corte, tamaño de plaquita, geometría y calidad de plaquita, paso de las plaquitas, y fuerzas de corte generadas para obtener los mejores valores en cuanto a rendimiento, seguridad y resultados. 

El desbaste de la raíz del álabe, especialmente la transición entre cabeza y pie (cubierta y eje) es una operación posterior importante, ya que también supone una cantidad considerable de material, pero no resulta adecuado utilizar una fresa de plaquita redonda en el rombo por la forma del ángulo y la escuadra. Es necesario emplear una solución especial para conseguir una eficiencia elevada. 

El semiacabado y acabado del álabe también requieren la utilización de las mejores soluciones de herramientas y métodos para conseguir la calidad necesaria con una eficiencia elevada. La configuración se completa con una fresa de plaquita redonda complementaria, fresas de ranurar de metal duro y una fresa de planear moderna y adecuada aplicadas con métodos avanzados, adaptados al tamaño y forma del álabe y también a la máquina y a las posibilidades de programación implicadas. 

 

 
 

Desbaste del rombo

Uno de los métodos que más se suele utilizar para desbastar el rombo es la entrada directa de la fresa en la pieza. Este método no permite optimizar la vida útil de la herramienta ni la productividad. Nuestro método recomendado es la entrada radial a favor y mantener constante el empañe de la fresa. De este modo se incrementa la velocidad de avance y se prolonga la vida útil de la herramienta.

CoroMill 600 es la fresa ideal para operaciones de desbaste y semiacabado. El diseño optimizado del cuerpo de la fresa, sus calidades y geometrías específicas y el sistema iLock™ patentado permiten el mejor mecanizado del perfil aerodinámico y del rombo. 

 

 

 

 

Perfil aerodinámico

El diseño moderno de los álabes de turbina maximiza la eficiencia mediante complicadas geometrías superficiales. Por ello, el mecanizado de estas superficies requiere una estrategia de mecanizado cuidadosa.

Sandvik Coromant ofrece su know-how y sus fresas de alta calidad para operaciones de desbaste, semiacabado y acabado del perfil aerodinámico, con CoroMill 600, CoroMill 300, CoroMill 316 y CoroMill Plura.

Mecanizado del perfil aerodinámico

 

Cubierta y eje

El desbaste de los radios de transición entre cabeza/pie y perfil aerodinámico del álabe siempre ha sido una operación exigente y laboriosa que implica la utilización de varias herramientas específicas.

La fresa cónica de punta esférica intercambiable (solución especial) combina lo mejor de la tecnología CoroMill en una solución de fresa especial que deja forma y superficie listas para las operaciones de acabado. Utilice fresas CoroMill Plura para el acabado. La mejora de productividad es considerable.

Área de la cubierta y del eje del álabe

 

Cabeza y pie

Para planear la cabeza y el pie se deberá entrar en la pieza utilizando el método de entrada radial. Coloque la fresa descentrada para adelgazar la viruta en la salida. Esto producirá menos vibración y permitirá utilizar un avance más elevado.

CoroMill 490 es la nueva solución de fresado de última generación con un diseño exclusivo que combina un amplio ángulo de desprendimiento axial con un filo de corte agudo positivo. CoroMill 490 proporciona un acabado superficial superior para la cabeza y el pie.

 

 

Ranura de montaje

El tamaño del álabe y la posición y forma de la ranura determinan la estrategia de mecanizado. Para abrir una ranura suele resultar eficiente un método que utilice fresas de avance elevado.

La primera elección para desbastar la ranura es la fresa de avance elevado CoroMill 316, con un recorrido de herramienta de progresión en rampa. CoroMill Plura ofrece una solución versátil para el acabado de ranuras, con una longitud del filo que cubre distintas profundidades.

 
 
 

Nuevo concepto de fresado de álabes​

CoroMill 600 es una fresa moderna e innovadora: un diseño completamente nuevo basado en nuestra exclusiva y vanguardista plataforma de elementos de herramientas. Diseñada para el desbaste y semiacabado de álabes de turbina en el sector energético, esta fresa de plaquitas redondas representa un enfoque completamente nuevo para afrontar los desafíos del mecanizado de álabes.

 

Existen 4 elementos singulares en este nuevo concepto:

  • cara del alojamiento de la plaquita; este factor ha adquirido recientemente una nueva y mayor importancia dado su efecto de ampliación de las posibilidades disponibles. El concepto iLock se introdujo en las herramientas de corte de plaquita intercambiable para garantizar la colocación absoluta de la plaquita en el portaherramientas/cuerpo de la fresa. Resulta más fácil girar la plaquita para colocarla en la posición correcta al intercambiarla o sustituirla con los guantes puestos. El cuidadoso y preciso diseño del encaje de raíles y ranuras, con un tamaño y forma óptimos, ha producido efectos de gran alcance sobre la estabilidad del filo, la precisión, la seguridad y el manejo de la herramienta. La consecuencia directa es que las plaquitas de la fresa CoroMill 600 ya no dependen del apoyo sobre los laterales del alojamiento para quedar bloqueadas y fijas en cada intercambio, lo que deja espacio libre para utilizar plaquitas de nuevas geometrías completamente optimizadas que anteriormente era imposible considerar. Se abren nuevas posibilidades en lo que respecta a la acción de corte, las variaciones de geometría a lo largo del filo, la optimización de la velocidad de avance, etc.
  • El cuerpo de la fresa CoroMill 600 presenta un diseño completamente nuevo, optimizado para fresar en curva, como sucede en el fresado con 4 y 5 ejes de los álabes de turbina. La forma y la incidencia del cuerpo de la fresa suponen una optimización de las posibilidades del recorrido de la herramienta, incrementan la seguridad del mecanizado y mejoran la evacuación de la viruta. El paso de plaquita diferencial minimiza la tendencia a la vibración.
  • las nuevas geometrías de plaquita están evolucionando en el caso de la CoroMill 600 desde un corte ligero hasta el mecanizado semipesado. Las plaquitas se fabrican por prensado directo mediante los más modernos procesos de fabricación. La plaquita de corte ligero presenta un rendimiento igual o superior al de las plaquitas rectificadas disponibles con geometría similar. Esta plaquita presenta un filo agudo, positivo y a la vez resistente, con microgeometría optimizada para distintos materiales.
  • se ha completado un nuevo desarrollo de calidad de la plaquita para las herramientas CoroMill 600. Una nueva calidad con recubrimiento de CVD, especialmente desarrollada y optimizada para el fresado de álabes de turbina, ha permitido mejorar el rendimiento en la amplia gama de álabes de acero inoxidable martensítico. Esta calidad representa una nueva combinación de sustrato, recubrimiento y proceso de fabricación de la plaquita. Las calidades complementarias de plaquita, con moderno recubrimiento de CVD y PVD para álabes de otros materiales, son soluciones probadas y consolidadas.
  • las funciones de refrigerante a alta presión, aire o lubricación mínima forman parte de la fresa CoroMill 600. El concepto HP estándar está disponible en cada alojamiento de plaquita, con un chorro opcional dirigido a mejorar la formación de viruta. Esto permite crear una cuña hidráulica de refrigerante para los materiales más exigentes o utilizar aire comprimido para mejorar la evacuación de la viruta: un factor clave en el fresado de álabes, donde las velocidades de corte son relativamente bajas.

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Mecanizado en desbaste

 

Tecnología exclusiva del alojamiento de plaquita

Mecanizado del perfil aerodinámico​

Implica seleccionar herramientas para llevar a cabo operaciones de semiacabado y acabado del contorno del álabe. La selección se basa en el tamaño del álabe, la máquina y el método. Para conseguir resultados óptimos, la elección de la herramienta debe hacerse según la cantidad de material y la superficie mecanizada. La fresa de plaquita redonda CoroMill 300 resulta excelente para perfilar en mecanizado de 5 ejes, con buena incidencia, acción de corte ligera y una gama amplia para semiacabado. Tiene capacidad para llevar a cabo operaciones de semiacabado con un avance elevado y una versión de paso reducido con poca o nula tendencia a la vibración. Se pueden seleccionar plaquitas de 12 y 8 mm IC, en distintas geometrías, junto con el diámetro y el paso para optimizar el rendimiento.

El semiacabado y acabado del perfil aerodinámico se realiza en pasadas de perfilado con fresas de ranurar de metal duro CoroMill Plura o con cabeza intercambiable en CoroMill 316. La operación de semiacabado definirá el acabado superficial obtenido en la operación de acabado final. El objetivo debe ser generar un nivel de material residual muy regular y uniforme, con dos operaciones de semiacabado si es necesario. La tendencia a la vibración es otro factor que influye sobre la calidad del resultado y puede verse afectada por el empañe de la fresa, el avance, el acceso y la acción de corte de la herramienta empleada.

El programa CoroMill Plura es un desarrollo moderno de fresas de ranurar de metal duro en calidades avanzadas para todos los materiales. El desarrollo de la geometría tiene en cuenta las exigencias del fresado en las máquinas actuales. Se ha modificado la profundidad del desahogo de la viruta y se ha adaptado al corte para ofrecer la mejor rigidez del núcleo y espacio para una evacuación eficiente de la viruta en el mecanizado de álabes.

Las operaciones de ranurado han estado siempre dominadas por dos áreas de aplicación en cierto modo superpuestas en lo que respecta al tipo de herramienta: las fresas de plaquita intercambiable y las fresas de metal duro. Estas áreas han estado separadas, sobre todo, por el diámetro de la herramienta, el tipo de operación y el acabado requerido por la pieza. Las fresas de ranurar de plaquita intercambiable no tienen límite superior de diámetro pero, por razones prácticas, sí tienen límite inferior: entre 12 y 16 mm. Las fresas de ranurar de metal duro, por otra parte, pueden alcanzar diámetros de décimas de mm pero suelen tener un límite superior de diámetro de 25 mm por razones económicas.

En cuanto al tipo de operación y acabado, las fresas de plaquita intercambiable son herramientas flexibles, de elevada velocidad de arranque de viruta, muy adecuadas para la mayoría de operaciones, mientras que las fresas de metal duro presentan una tolerancia estrecha y pueden alcanzar un gran acabado y precisión, especialmente con una gran profundidad de corte axial gracias a su largo filo radial.

Mientras que una herramienta de metal duro es una sola herramienta de precisión, completa e integrada desde el mango hasta el filo, una herramienta de plaquita intercambiable está formada por dos elementos que ofrecen más posibilidades de variación y optimización. Entre estas dos áreas proporcionadas por las herramientas de plaquita intercambiable y de metal duro queda un área para una potencial solución de herramienta alternativa que se superponga a las dos. Una que ofrezca tanto intercambio del filo como las ventajas de una herramienta de metal duro para los diámetros medios de fresa de ranurar.

El sistema de fresado de cabeza intercambiable CoroMill 316 presenta la sofisticación de los filos de metal duro de Plura y el acoplamiento avanzado entre cabeza y mango de la herramienta. Ofrece una capacidad muy amplia con un programa de cabezas Plura, en el que la gama de mangos permite el mejor ajuste con la máquina-herramienta. Las herramientas CoroMill 316 están equilibradas por diseño y por ello admiten velocidades del husillo relativamente altas. Combinan las ventajas de la economía con la eficiencia del manejo de la herramienta. La combinación de alta velocidad y opciones de cabeza multidiente permite alcanzar una velocidad de avance así como una velocidad de corte elevadas. El concepto de cabeza intercambiable facilita asimismo la adaptación de la geometría de la fresa a distintas condiciones y materiales de pieza. El diseño de las cabezas proporciona buena estabilidad de mecanizado y reduce la tendencia a la desviación de la herramienta mediante los pasos diferencial y helicoidal.

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Acoplamiento avanzado

 
 
 

Área de la cubierta y del eje del álabe​

Comprende las superficies que llegan hasta ellos y los propios radios de transición entre la raíz y la cabeza del álabe. Se suele considerar una operación aislada que implica herramientas específicas. El fresado de restos necesario en el desbaste es una operación muy exigente que requiere una fresa que admita una velocidad de arranque de material elevada durante el empañe del flanco y de la punta.

Resulta ideal una fresa de ranurar cónica y, según el tamaño del álabe, puede utilizarse una fresa intercambiable o una fresa de ranurar de metal duro: CoroMill Plura es una buena elección. Si se desea optimizar la productividad en esta operación cuando hay mucho material, la mejor solución suele ser una fresa de plaquita intercambiable especial. Una fresa de punta esférica combinada con una fresa de filo largo realizará la operación en dos fases: CoroMill 216 y CoroMill 390 son la elección óptima.

Sin embargo, se trata de una operación idónea para una solución de fresa específica. La respuesta está en el diseño de una fresa cónica de punta esférica especial que combina en una sola herramienta lo mejor de la tecnología CoroMill. Esta herramienta permite el fresado en desbaste de los biseles del refuerzo y del núcleo después de desbastar el rombo y antes de empezar las operaciones de acabado. En una operación, o con menos pasadas que con muchas soluciones existentes, el área de transición queda formada y lista para llevar a cabo la operación de semiacabado. Esta fresa se puede adaptar a distintos tamaños de álabe utilizando plaquitas intercambiables estándar probadas para cada corte. Esta herramienta especial de última generación ofrece una nueva solución para operaciones exigentes, a menudo costosas en tiempo y herramientas, en las que la mejora de la productividad es considerable.

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Nuevos desarrollos para operaciones de desbaste y acabado con fresas cónicas de punta esférica

 


 
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