Starrag desarrolla sistemas de fabricación flexible para el mecanizado en series individuales de álabes de turbina
Un sistema de fabricación flexible de última generación de Starrag se encarga del acabado de los álabes de turbina de titanio forjados con precisión. El fabricante suizo de maquinaria y equipos aplicó los conocimientos adquiridos a lo largo de sus muchos años de experiencia en el diseño y en los detalles clave para producir de forma fiable hasta 40000 álabes al año. Por ejemplo, se genera un programa de fresado individual para cada álabe debido a las pequeñas diferencias entre los componentes derivadas del proceso.
Starrag, con sede en Rorschacherberg, lleva más de 20 años gestionando proyectos llave en mano para la fabricación de álabes de turbina y componentes estructurales. Durante este tiempo se han creado alrededor de 60 sistemas automatizados con múltiples máquinas, lo que ha proporcionado una gran experiencia tecnológica. En la actualidad, un gran número de clientes se beneficia de esta amplia experiencia, ya que existe una clara tendencia hacia los sistemas de fabricación flexible (FMS) en todo el mundo. El director de ventas, Rainer Hungerbühler, explica: «Mientras que en el pasado teníamos como máximo dos proyectos de este tipo en marcha al mismo tiempo, actualmente contamos con cuatro proyectos que se llevarán a cabo en Asia y América. El sector aeroespacial y energético aprovecha cada vez más las ventajas que ofrece este tipo de producción en serie automatizada, tanto en términos de calidad como de eficiencia, en la fabricación de componentes clave como los álabes de turbina».
El acabado de los álabes de compresor destinados a motores de avión es un proyecto especialmente impresionante. Las piezas brutas de titanio destinadas al mecanizado se forjan con precisión. Aunque la precisión de las dos superficies del álabe (lado de succión y lado de presión) hace que no sea necesario realizar ningún mecanizado posterior, los bordes siguen necesitando un radio específico. Las transiciones hacia cada álabe de turbina también deben realizarse sin que se aprecien desalineaciones ni marcas de fresado.
La forja, incluso cuando se lleva a cabo con este alto nivel de precisión, es un proceso en el que se producen variaciones entre los componentes. Si bien las desviaciones mínimas en la superficie del álabe tienen un efecto insignificante en la aplicación final, las diferencias de contorno plantean retos considerables en lo que respecta al fresado de los bordes y las transiciones.
Fabricación adaptativa de álabes de turbinas
El diseño redundante garantiza una alta disponibilidad
La fiabilidad del sistema fue un factor clave durante la fase de planificación. En última instancia, en la configuración definitiva, se fabricarán hasta 40000 álabes de turbina al año. Por lo tanto, los diseñadores optaron por una configuración totalmente redundante. El sistema de fabricación flexible (FMS) consta de dos líneas con configuraciones idénticas, cada una de las cuales incluye dos estaciones de carga, dos centros de mecanizado LX 051 con dispositivo de escaneo, un sistema de lavado, una aguja de marcado y una célula de medición. Un robot de seis ejes transporta los componentes y, si es necesario, también abastece a las máquinas de la segunda línea.
Todo el sistema está controlado por un controlador de células con un sistema PPC, y este controlador también permite aplicar diversas estrategias de emergencia. Esto garantiza que el sistema pueda funcionar de forma ininterrumpida seis días a la semana en un régimen de tres turnos. Günter Leitold añade: «Incluso el mantenimiento se puede realizar durante el funcionamiento, deteniendo componentes concretos de las células y aprovechando la redundancia. La unidad en cuestión se desconecta del controlador de células con un simple clic del ratón y queda así disponible para tareas de mantenimiento o pruebas de programa».
Totalmente automatizado:
Fresado dos veces, desbarbado, lavado, marcado y comprobado
El sistema cuenta con un total de cuatro puntos de configuración. Cada punto está equipado con un ordenador de control que se comunica con el controlador de células. Las piezas en bruto ya vienen marcadas con un código 2D único en el momento de la entrega. El dispositivo de lectura registra este código durante la configuración y, a continuación, lo transmite al controlador de células. El director de ventas, Rainer Hungerbühler, destaca la versatilidad del sistema de fabricación flexible (FMS): «El sistema está diseñado para siete variantes diferentes de álabes de turbina. El controlador de células especifica la secuencia de producción de los álabes utilizando diferentes prioridades».
El procedimiento básico es el mismo para todos los álabes. Cada álabe se mecaniza en dos posiciones de sujeción, lo que significa que se necesitan dos dispositivos de sujeción diferentes. En el primer dispositivo, la pieza en bruto se sujeta mediante un sistema de sujeción desarrollado por Starrag. De este modo, los bordes y las zonas de transición de ambos lados quedan libres para su mecanizado.
El segundo dispositivo incluye un sistema de sujeción del álabe que permite fresar la base y la cabeza del álabe. El desbarbado necesario se realiza tras el proceso de fresado en la máquina. Una vez eliminado el marcado original durante el segundo proceso de fresado, se añade un nuevo código 2D a cada álabe mediante una aguja de marcado.
Se necesita un dispositivo adicional para el proceso final de medición óptica, durante el cual se comprueban más de 50 características de cada álabe individual.
Para garantizar que la configuración sea lo más eficiente posible, durante el funcionamiento completo del sistema los tres dispositivos correspondientes a un tipo de álabe están disponibles en el punto de configuración. Una vez finalizado el mecanizado, el operario retira el álabe del dispositivo de medición, cambia los otros dos y coloca una nueva pieza en bruto en el dispositivo.
