El Boletín Marzo 2024

 

 

Tanto si utiliza muchas herramientas de corte como si a veces se encuentra desesperado por no tener la herramienta adecuada, probablemente se haya planteado fabricar la suya propia. O al menos afilar sus herramientas gastadas. Pero, ¿cómo decidir si el afilado de herramientas en la propia empresa es la decisión más inteligente? Es una pregunta a la que se ha enfrentado GKN Aerospace Engine, y el Ingeniero Jefe de Fabricación Jeremy St. Además, ofrece valiosos consejos sobre las mejores prácticas en caso de dar el salto.

El ahorro de costes permite amortizar la inversión en 2 años

Las rectificadoras de herramientas CNC y los equipos auxiliares necesarios representan una inversión significativa. Así que la dirección de GKN pidió a St. Pierre que estudiara su consumo de herramientas y proyectara el ahorro potencial que podrían conseguir con el rectificado de herramientas interno. Un factor clave, explicó St. Pierre, era el hecho de que muchas de sus herramientas pueden rectificarse varias veces. Por ejemplo, mencionó sus numerosas fresas de punta esférica cónicas, que pueden afilarse "siempre de la forma deseada".

Por el contrario, advirtió St. Pierre, muchas de estas herramientas son complejas, con indexación desigual y hélices variables, por lo que muchos proveedores externos no quieren reafilar estas herramientas a menos que las hayan fabricado originalmente. Así que, si no puede reafilarlas usted mismo, se verá limitado a un suministro limitado, lo que resulta costoso y potencialmente arriesgado.

Pierre también descubrió que algunas de sus herramientas de gran volumen eran muy caras porque no eran estándar en el sector. "En lugar de tener una fresa de media pulgada, podemos tener una de 0,485 pulgadas de diámetro. Como técnicamente se trata de un producto personalizado, pagábamos un sobreprecio y pedíamos 12 semanas de herramientas. Y los plazos de entrega eran largos". Al calcular el coste real del utillaje, incluida la frecuencia con la que tenían que "enviar 70 herramientas a la vez para conseguir un buen precio", St. Pierre pudo justificar la inversión en un taller de utillaje aún más potente de lo que se había previsto en un principio, con 4 rectificadoras de herramientas ANCA MX7 Linear, una máquina de medición ZOLLER "titan" y un completo equipamiento de apoyo como una rectificadora de muelas y una acabadora de arrastre. Sin embargo, el plazo de amortización resultó ser de sólo dos años.

Dicho esto, St. Pierre reconoce que GKN es una gran empresa que gastó una fortuna en herramientas, por lo que empezar con menos tiene más sentido para muchas empresas. También sugirió examinar detenidamente las "victorias fáciles", las herramientas que son importantes y factibles, "antes de decir: 'Podemos traerlo todo'". Entonces se puede especificar con confianza la rectificadora y el engranaje asociado y ver si los números cuadran.

Mayor rapidez

Pierre mejora significativamente la eficacia global de GKN simplemente suministrando rápidamente las herramientas que necesita la planta de producción. Y no se trata sólo de reafilados. "Actualmente utilizamos las máquinas ANCA para rectificar desde herramientas de un octavo de pulgada de diámetro hasta herramientas de una por ocho pulgadas, con una longitud de corte de cinco pulgadas y media", explica St. "Hacemos muchas herramientas personalizadas y cualquier reparación de emergencia que sea necesaria... Ahora fabricamos cualquier herramienta que se pueda hacer fuera. Hacemos utillaje para materiales compuestos, utillaje para materiales especiales, utillaje para plástico, madera... lo que haga falta". Los plazos de entrega de las herramientas personalizadas son de tan sólo un día, añade, y de dos semanas como máximo. "Y si sólo quiere una, se la hacemos".

Ajustar los diseños para mejorar el mecanizado

Podría pensarse que un taller interno de rectificado no haría mejores herramientas de corte que los fabricantes especializados. Pero debido a su enfoque en GKN, y a la voluntad de St. Pierre de experimentar, el equipo ha "superado de hecho a una buena cantidad de herramientas de otros fabricantes de herramientas muy conocidos", afirma St. "No es que sea nuestra intención. Lo que ocurre es que podemos centrarnos en nuestras operaciones y nuestros productos y personalizar una herramienta para ese entorno de producción. Tenemos la capacidad de ajustar las herramientas sólo para nosotros".

St. Pierre resume su enfoque como "forzar las cosas hasta que se rompen y luego reducirlas para crear la mejor herramienta". Prueban las herramientas en la planta de GKN si hay máquinas paradas, o las envían a su sede sueca, donde disponen de una máquina de pruebas específica y pueden proporcionar información inmediata. También dan muestras de herramientas a empresas con las que han trabajado a lo largo de los años y les piden su opinión.

Pierre también reconoce que ANCA (con sede en Wixom, Michigan) le ha ayudado a superar algunos de sus retos en el diseño de herramientas. "Voy a Michigan varias veces al año, porque el viaje merece la pena. Si tengo problemas, suelo dar a ANCA herramientas que no fabrica mucha gente y nos sentamos juntos a diseñarlas. O me llaman y lo hacemos por teléfono. En uno o dos días tenemos una herramienta. Y no piden nada a cambio. Sólo quieren saber cómo va. Han ayudado mucho".

Un descubrimiento sorprendente de St. Pierre fue poder eliminar la necesidad de recubrimiento en muchas de sus herramientas puliendo el filo de corte en una máquina de acabado por arrastre OTEC. "Nuestras herramientas duran más con el filo preparado que con el recubrimiento", observó St. Pierre. "Recubrimos muchas de nuestras herramientas si se utilizan para mecanizado a alta temperatura. Pero fabricamos muchas bolas cónicas para titanio y hemos hecho muchas pruebas. Simplemente preparamos el filo de una herramienta y dura. A veces hemos cuadruplicado la vida útil de herramientas anteriores".

Además del mayor rendimiento, añade St. Pierre, el reafilado de cantos también elimina el plazo de aproximadamente una semana necesario para el recubrimiento, además de ese coste y el envío y manipulación adicionales. "Un reafilado puede costar 5 $ o 100 $", continuó. "Pero si es un reafilado de 5 $, sigue siendo un recubrimiento de 10 $. Básicamente, el coste de la herramienta se triplica. Podemos eliminarlo con un proceso que dura unos segundos". (El tiempo medio de bruñido de GKN es de aproximadamente un minuto, y el OTEC procesa 25 herramientas a la vez, según St. Pierre).

Centro de beneficios independiente

El taller de herramientas de St. Pierre está anexo a la planta de motores aeroespaciales de GKN en Newington, CT, pero funciona como un centro de beneficios independiente. Prestan servicio a las 7 plantas de GKN Aerospace Engine en Norteamérica, además de vender herramientas a otras empresas aeroespaciales locales. Incluso han sido capaces de realizar trabajos externos para otras empresas con el fin de aumentar sus ingresos. Para GKN se trata de una actividad secundaria, pero también merece la pena considerar esta posibilidad cuando se decida realizar el rectificado de herramientas en la propia empresa.

Elegir la rectificadora adecuada...

Si está listo para dar el salto al rectificado de herramientas, la siguiente consideración más importante es en qué rectificadora de herramientas debe invertir. Naturalmente, la facilidad de uso y la asistencia técnica son factores clave, y conviene pensar más allá del fabricante de la máquina. Pregunte a sus proveedores actuales qué máquinas utilizan y si están dispuestos a compartir programas u ofrecer otro tipo de asistencia. Para GKN, ANCA era una opción clara, porque son líderes del mercado y la operación sueca contaba con máquinas ANCA.

"Así podemos ayudarnos mutuamente", explica St. Pierre. "Podemos enviarnos programas, rectificamos de la misma forma... Si necesitan que fabriquemos herramientas, pueden enviarnos un programa, podemos ejecutar las herramientas, enviarlas de vuelta y las herramientas son exactamente como si las hubieran fabricado allí".

Hay que destacar que, aunque St. Pierre tenía años de experiencia en fabricación y resolución de problemas cuando empezó el proyecto en GKN, nunca había rectificado una herramienta. Lo mismo puede decirse de todos los que se unieron al equipo a partir de entonces. "Contraté a gente que sabía que tenía inclinaciones mecánicas y entendía el mundo real y cómo no hay que complicar demasiado las cosas", cuenta St. "Todos estaban nerviosos al principio, pero lo primero que hicimos fue volar a Michigan para entrenar dos semanas con ANCA. Y luego empezamos a correr". Desde entonces han estado aprendiendo, y han cometido algunos errores, añadió. Pero sólo una vez enviaron una herramienta que falló".

St. Pierre alabó el software de ANCA: "Todo lo que hacen, ya sea recalibrar, volver a poner en marcha, volver a enseñar una posición cuando estás automatizando, te guía de verdad. Es la máquina más fácil de usar que he utilizado nunca. Puedo coger a alguien de la planta que nunca ha visto la máquina y puede hacer una herramienta en media hora. Diseña una en la máquina y la rectifica sin saber lo que está haciendo".

...Y la máquina de medición adecuada

Podría decirse que la segunda decisión de inversión más importante para un taller de herramientas, especialmente para una empresa aeroespacial, es el equipo de inspección. ZOLLER, con sede en Ann Arbor, MI, era otra opción natural. En primer lugar, GKN ya tenía preajustadores ZOLLER, y St. Pierre apreció la buena relación de trabajo que habían establecido. En segundo lugar, ZOLLER mantiene una estrecha colaboración con ANCA, que se traduce en soluciones que aumentan la capacidad de ambas máquinas. Así, GKN optó por una ZOLLER "titan" de gama alta, que puede medir automáticamente todos los atributos de la herramienta de forma óptica, incluida la forma de la flauta y la preparación del filo.

Automatización con alta precisión

GKN optó por añadir cargadores robotizados a todas sus rectificadoras de herramientas ANCA MX7, además del reavivado y la medición internos de las muelas. Las máquinas también tienen un láser integrado que puede escanear un perfil de herramienta y compensar automáticamente el programa de rectificado para corregir cualquier desviación de la forma nominal. Estas características se combinan para permitir que las máquinas produzcan herramientas de tolerancia ajustada durante un turno sin personal. "Nos mantenemos en más nada y menos media milésima en nuestras herramientas", dice St. "Y una tolerancia más estricta en algunas herramientas. Si se trata de una punta esférica para el mecanizado de acabado, aguantamos un par de décimas".

La ZOLLER "titan" también dispone de un cargador robotizado, que ZOLLER denomina "roboSet2". Además, las cuatro rectificadoras y la máquina de medición pueden cambiar automáticamente el diámetro de la herramienta durante el funcionamiento sin luz. Esto es importante, explica St. Pierre, porque fabrican "400 números de pieza diferentes para GKN. No hacemos lotes de 1.000, sino de 15 a 20". Y, con muy pocas excepciones, tienen que inspeccionar entre el 10 y el 100% de todas sus herramientas. Por tanto, la flexibilidad de los portapiezas es esencial para evitar cuellos de botella.

Ambos sistemas utilizan platos hidráulicos Schunk que sujetan diferentes diámetros con la inserción de un manguito intermedio. En el caso de GKN, un robot cambia el manguito. Como ilustra St: "El roboSet [o el cargador MX7] ya tiene todos los manguitos dentro y sabe dónde están. Digamos que el lote número uno es una herramienta de media pulgada. El robot cogerá el manguito de media pulgada y lo cargará en el mandril. A continuación, ejecutará todas las herramientas de media pulgada y realizará los informes necesarios. Una vez hecho esto, cambiará los manguitos, cogerá la herramienta del siguiente tamaño y empezará a ejecutar ese programa. Sólo hay que escribir el programa y seleccionar la programación". GKN personalizó sus palets para albergar 5 tamaños diferentes y St. Pierre dijo que pueden ejecutar 20 diseños de herramientas diferentes a través de la ZOLLER en un turno sin personal.

GKN utiliza el software de utillaje ANCA para producir impresiones muy detalladas de sus utillajes, "en lugar de los sólidos ficticios a los que está acostumbrada la industria", como dice St. "Así podemos incluir todos los parámetros de la herramienta física real y cómo está diseñada". Estas impresiones dictan la rutina de inspección. "En una herramienta estándar, revisamos entre 22 y 30 parámetros diferentes... Pero fabricamos muchas herramientas de índice y hélice variables, por lo que tenemos que comprobar todos los canales, especialmente en una configuración". Pierre añade que una inspección completa y detallada "puede llevar diez minutos, pero se pueden personalizar los programas y comprobar en menos de un minuto" un subconjunto de características específicas.

Más información sobre la colaboración ANCA-ZOLLER

Para cumplir los requisitos de control de calidad, GKN necesita una máquina de medición autónoma del calibre del "titán". Pero fíjese cómo se solapan las capacidades de medición de la ANCA con las de la ZOLLER. ¿Cómo se dividirían las tareas que pueden realizar ambas? ¿Pueden cooperar las máquinas? Para St. Pierre, además de conseguir la calidad de herramienta requerida, el objetivo es maximizar la productividad. Así, por ejemplo, si hay un operario disponible, prefiere utilizar la máquina "titan" para escanear un perfil de herramienta y enviar los datos de compensación necesarios a la rectificadora, en lugar de utilizar el láser interno de la ANCA. De este modo, mantiene las herramientas de rectificado MX.

St. Pierre también se refirió a situaciones en las que el operario puede no estar seguro de cómo realizar un ajuste. "Utilizaremos la ZOLLER para hacer la medición y la enviaremos de vuelta al programa de rectificado para hacer las correcciones. Es bueno que puedan hablar entre sí con bastante facilidad, y no fue demasiado difícil de configurar... Lo hemos utilizado en herramientas más avanzadas en las que hay tantos parámetros que una cosa puede afectar a la otra. Así que dejamos que la ZOLLER nos ayude con ellos".

GKN también está empezando a utilizar la ZOLLER para medir las muelas, lo que de nuevo maximiza la productividad de la MX. GKN también está empezando a utilizar la ZOLLER para medir las muelas, lo que, de nuevo, maximiza la productividad de la MX: "Estamos instalando el equipo para que la ZOLLER realice todas las mediciones de las muelas, de modo que podamos configurar un lote completo y, a continuación, introducir los datos en las rectificadoras", explica St.

GKN también dispone de una rectificadora de ruedas independiente para acondicionar las ruedas fuera de línea. Pero como ya se ha dicho, si se trata de un turno sin personal, las máquinas MX pueden estar rectificando y midiendo las herramientas en proceso, además de medir y reavivar las ruedas. Mientras tanto, la ZOLLER realizaría la inspección de herramientas acabadas en herramientas previamente rectificadas.

Otros equipos auxiliares

Cualquier taller de rectificado de herramientas necesita también filtración de refrigerante y control de temperatura, que en GKN se realiza mediante sistemas Transor de doble recipiente. Las tronzadoras también son útiles para dimensionar las piezas en bruto de metal duro. En este caso, GKN adoptó un enfoque creativo y optó por una electroerosionadora de hilo Makino U6. En palabras de St. Pierre, "la diferencia de precio no era lo bastante significativa como para justificar un gasto tan elevado en una máquina que sólo puede cortar. Así que compramos una electroerosionadora de hilo para hacer cortes a medida en grandes lotes. También fabricamos nuestros propios dispositivos de fijación e inspección para toda la empresa. Esa máquina se amortizó el primer año haciendo cosas que no tienen que ver con herramientas de rectificado". St. Pierre añade que también utilizarán la electroerosionadora para cortar perfiles de herramientas y después rectificar el canal y el diámetro exterior en los ANCA. "Podemos mantener las tolerancias de rectificado en nuestra EDM". Ya la están utilizando para fabricar casquillos steadyrest para los ANCA.

Añada el software de gestión de herramientas TMS de ZOLLER, una impresora 3D para pinzas robóticas y otras herramientas, una torre de almacenamiento Modula VLM y un marcador láser, y verá que la sala de herramientas de GKN es tan autosuficiente como eficiente.

Fue "mucho trabajo" y una gran inversión. Pero como lo resumió St: "Nadie mira este proyecto diciendo que fue una mala inversión. Todos dicen que ojalá lo hubiéramos hecho antes".

 

Jeremy St. Pierre dirigió la creación de una operación interna de rectificado de herramientas en GKN Aerospace Engine que se amortizó en sólo 2 años (Imagen facilitada por ZOLLER)

6 marzo 2024