Revestimiento láseres una tecnología probada para dar servicio u optimizar los componentes del motor, y es una tecnología indispensable debido a su repetibilidad confiable, baja tensión térmica del elemento y modificación mecánica de bajo costo. Ahora hay un nuevo dispositivo en el mercado, iClad®, que se puede utilizar para revestir contornos internos o agujeros ciegos a un nivel que no es posible con los cabezales de mecanizado convencionales. Este micromecanizado es adecuado para revestir orificios de hasta 26 mm de diámetro y profundidades de mecanizado de hasta 500 mm. Ahora, por primera vez, su fabricante Pallas (Wrselen, Alemania) ha equipado el iClad con un cabezal de mecanizado giratorio que puede utilizarse para reparar orificios de cilindros desgastados en motores de trenes diésel. Las máquinas equipadas con funciones rotativas tienen un potencial inigualable para una amplia gama de aplicaciones, reparando los contornos internos de componentes abiertos no simétricos rotacionalmente con orificios excéntricos o de 50 mm o más de diámetro, con profundidades de mecanizado de hasta 500 mm.
Reparar los motores de grandes trenes diésel.
El especialista belga en láser Laser Coating Diamond Technology (LaserCo DT), con sede en Strpy-Bracquegnies (Bélgica), protege los metales del desgaste mediante revestimientos láser y recubrimientos de diamante. Un operador ferroviario belga encargó a la empresa la reparación de los orificios desgastados de los cilindros utilizando tecnología de revestimiento láser en los puntos inversos de los pistones superior e inferior. Hugues Desmecht, director general de la empresa, encargó al Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser (ILT) de Aquisgrán (Alemania) un estudio de viabilidad. En relación con esta investigación, ILT trabajó estrechamente con Pallas (www.pallaskg.de), que anteriormente desarrolló iClad y ahora comercializa el sistema. En este estudio, se utilizó fusión láser basada en ICLAD para reparar dos de los seis orificios del cilindro dañados.
Sin piezas de repuesto
El costo de reemplazar el motor es de aproximadamente $20,000. Teniendo en cuenta la gran cantidad de dinero y tiempo que se consume durante el transporte, el revestimiento láser se reconoce como una alternativa más eficiente en términos de tiempo y costos. Para aberturas suficientemente grandes, como 100 mm de diámetro o más, hay disponibles en el mercado una variedad de cabezales de mecanizado convencionales para proporcionar mecanizado de perfiles externos o internos. Ahora, con la llegada del pequeño cabezal giratorio iClad, se ha convertido en una nueva tecnología confiable para reparar orificios de cilindros dañados, lo que no era posible con los cabezales de mecanizado estándar anteriores. Por ello, LaserCo DT y el operador ferroviario belga tienen grandes expectativas puestas en el estudio de viabilidad realizado por ILT.
Cada cabezal iClad consta de tres módulos: puerto de alimentación de polvo, cuerpo y conector de fibra. A diferencia de los cabezales de mecanizado convencionales, los cabezales y componentes de iClad funcionan con una diferencia de unos pocos milímetros entre sí. En los cabezales de mecanizado estándar, esta distancia alcanza los 20 mm. Dependiendo del punto de procesamiento, el rayo láser puede salir en un ángulo de 30 o 90. Los agujeros ciegos se pueden recubrir fácilmente con un cabezal de mecanizado en ángulo 30-, gracias al punto de operación del láser frente al cabezal de mecanizado. Cuando es necesario recubrir agujeros pasantes, se utiliza un cabezal de mecanizado de ángulo de 90. El cabezal de mecanizado giratorio interno estrecho tiene una funcionalidad adicional, ya que se puede insertar en el orificio para el revestimiento desde un lado o desde arriba, hasta una profundidad de 500 mm. El criterio principal para aplicaciones industriales es la capacidad de carga térmica continua del cabezal de procesamiento. El eficiente método de refrigeración por agua utilizado evita el sobrecalentamiento de los componentes de precisión. El sistema de protección interna del cabezal de mecanizado evita que éste se contamine o dañe por la deposición de partículas de polvo. Además, el camino óptico que recorre el rayo láser está constantemente lleno de gases protectores.
Rotación de agujeros
Se utilizan nuevos cabezales de mecanizado con funciones giratorias para restaurar los orificios de los cilindros en los motores diésel. La integración de un controlador giratorio en el cabezal de mecanizado permite la reparación de orificios excéntricos en piezas de montaje estáticas. Incluso cuando se inserta horizontalmente, el cabezal de mecanizado garantiza una aplicación uniforme del polvo sin cambiar su ángulo de rotación. Sin embargo, en esta aplicación particular, el cabezal giratorio se inserta verticalmente en el orificio del cilindro mediante un sistema de articulación de cinco ejes. Uno de los principales puntos de discordia con el cabezal giratorio es que, dado el peso del propio cabezal de mecanizado, es imposible hacer girar un motor diésel que pesa hasta 700 kg a través de un cabezal de mecanizado fijo. Los agujeros excéntricos crean un gran desequilibrio, lo que hace muy difícil garantizar la precisión de mecanizado requerida. Centrar cada cilindro individualmente es una opción menos factible debido a los grandes factores de costo involucrados.
El diámetro interior del cilindro es de 178 mm; La zona inferior a recubrir tiene una profundidad de unos 340 mm y está formada por un anillo de unos 60 mm de altura. Los cabezales de mecanizado convencionales sólo son adecuados para ángulos cercanos al agujero porque la boquilla está situada en la punta del cabezal de mecanizado. Por tanto, aunque el diámetro del agujero alcanza los 180 mm, estos cabezales de mecanizado sólo pueden mecanizarse hasta una profundidad máxima de unos 40 mm. Por el contrario, el cabezal giratorio iClad se puede insertar verticalmente en el orificio del cilindro y puede manipular toda la superficie interna en ángulos de 90. Los parámetros decisivos del modelo giratorio iClad se pueden resumir en tres aspectos: además de su capacidad de rotación y su cabezal de mecanizado estrecho, también es un factor clave la profundidad máxima de mecanizado de 500 mm.
Recubrimiento perfecto con un sistema de cinco ejes
La capa interna del cilindro entre los puntos de falla superior e inferior está desgastada y cubierta con un recubrimiento de más de 1 mm de espesor. Esto se denomina revestimiento de aleación de acero inoxidable para garantizar no sólo la resistencia al desgaste necesaria, sino también una buena resistencia a la corrosión en ambientes ácidos y alcalinos. La tenacidad del material de aleación seleccionado evita la formación de grietas, pero también tiene buena maquinabilidad y una porosidad mínima del revestimiento de la superficie. En primer lugar, los orificios de desgaste de los clientes de LaserCo DT se mecanizan a medida para eliminar el desgaste y las grietas, creando una superficie lisa para el posterior revestimiento láser.
En el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser, los bloques de motor se colocan sobre soportes de acero, luego se alinean y se ajustan correctamente. El Dr. Andreas Weisheit y su equipo desarrollaron junto con Stephan Kalawrytinos de Pallas el cabezal de mecanizado giratorio interno). En la posición inferior se puede mecanizar la superficie del orificio del cilindro en la zona del anillo dañado. Con un sistema de varillaje de cinco ejes, se aplican dos capas utilizando dos movimientos giratorios superpuestos para lograr el espesor de capa deseado de 1 mm. Para este proceso se desarrolló un programa de control numérico. Comenzando por el borde inferior, a una profundidad de unos 300 mm, el revestimiento cubre la superficie en forma de espiral.
Una conclusión exitosa para una prueba innovadora
El señor Weisheit quedó muy satisfecho con los resultados de la prueba. "Esto demuestra sin lugar a dudas que el revestimiento láser es técnicamente factible y rentable en la reparación de orificios de cilindros sin necesidad de comprar repuestos", afirmó. Utilizando el cabezal giratorio de mecanizado de perfiles internos iClad, el recubrimiento resultante tiene una calidad superficial excelente". En su opinión, el motor en funcionamiento ha demostrado su capacidad para aplicaciones industriales. Incluso después de varias horas de uso continuo, su capacidad para continuar trabajando sigue siendo absolutamente confiable. El éxito total de esta prueba proporciona evidencia innovadora para la reparación o reparación de piezas de máquinas, que antes eran inalcanzables.