Il bollettino E The Sharp Marzo 2024

 

 

Se utilizzate molti utensili da taglio o se a volte vi trovate alla disperata mancanza dell'utensile giusto, probabilmente avete pensato di costruirvelo da soli. O almeno di affilare i vostri utensili usurati. Ma come si fa a decidere se l'affilatura interna degli utensili è una decisione intelligente? È una domanda che si è posta GKN Aerospace Engine, e il Principal Manufacturing Engineer Jeremy St. Pierre ci illustra le sue considerazioni. Inoltre, ci offre un consiglio prezioso sulle migliori pratiche da seguire se si decide di fare il salto di qualità.


I risparmi sui costi portano a un ammortamento di 2 anni

Le rettifiche utensili CNC e le attrezzature accessorie necessarie rappresentano un investimento significativo. La direzione di GKN ha quindi chiesto a St. Pierre di studiare il consumo di utensili e di prevedere i potenziali risparmi che si sarebbero potuti ottenere con l'affilatura interna degli utensili. Un fattore chiave, ha spiegato St. Pierre, è stato il fatto che molti dei loro utensili possono essere riaffilati più volte. Per esempio, ha indicato le loro numerose frese coniche a testa sferica, che possono essere affilate nella "forma reale desiderata, ogni volta".

Per contro, St. Pierre ha avvertito che molti di questi utensili sono complessi, con indicizzazione disuguale ed eliche variabili, per cui molti fornitori esterni non vogliono riaffilare questi utensili, a meno che non li abbiano prodotti in origine. Quindi, se non potete riaffilarli voi stessi, siete vincolati a una fornitura limitata, il che è costoso e potenzialmente rischioso.

St. Pierre ha anche scoperto che alcuni degli utensili ad alto volume erano molto costosi proprio perché non erano standard nel settore. "Invece di avere una fresa da mezzo pollice, potremmo avere una fresa da 0,485 pollici di diametro. Poiché tecnicamente si tratta di un pezzo personalizzato, pagavamo un sovrapprezzo e ordinavamo 12 settimane di utensili. E i tempi di consegna erano lunghi". Calcolando il costo reale dell'utensileria, compresa la frequenza con cui dovevano "spedire 70 utensili in una volta sola per ottenere un buon prezzo", St. Pierre è stato in grado di giustificare l'investimento in una sala utensili ancora più capace di quanto originariamente previsto, con 4 rettificatrici ANCA MX7 Linear, una macchina di misura ZOLLER "titan" e una serie completa di attrezzature di supporto, come una ravvivatrice e una finitrice. Tuttavia, il tempo di ammortamento si è rivelato di soli due anni.

Detto questo, St. Pierre riconosce che GKN è un'azienda di grandi dimensioni che ha speso una fortuna in utensili, per cui iniziare in piccolo ha più senso per molte aziende. Suggerisce inoltre di esaminare attentamente i "risultati facili", gli strumenti importanti e fattibili, "prima di dire: "Possiamo introdurre tutto"". A quel punto si può specificare con sicurezza la smerigliatrice e gli attrezzi associati e vedere se i numeri funzionano.

Tempi più rapidi

La sala utensili di St. Pierre migliora significativamente l'efficienza complessiva di GKN semplicemente fornendo rapidamente gli utensili di cui la produzione ha bisogno. E non si tratta solo di riaffilature. "Attualmente utilizziamo le macchine ANCA per rettificare qualsiasi cosa, dagli utensili con diametro di un ottavo di pollice fino a quelli da un pollice per otto, con una lunghezza di taglio di cinque pollici e mezzo", ha spiegato St. "Facciamo un sacco di utensili personalizzati una tantum e qualsiasi riparazione di emergenza sia necessaria... Qualsiasi utensile che possa essere prodotto all'esterno, ora lo facciamo. Realizziamo utensili per materiali compositi, utensili per materiali speciali, utensili per plastica, legno... qualsiasi cosa sia necessaria". I tempi di consegna degli utensili personalizzati vanno da un giorno a un massimo di 2 settimane. "E se ne volete uno solo, ve lo facciamo noi".

Modificare i progetti per migliorare la lavorazione

Si potrebbe pensare che un'officina di rettifica interna non possa produrre utensili da taglio migliori dei produttori specializzati. Ma grazie alla loro attenzione per GKN e alla volontà di St. Pierre di sperimentare, il team ha di fatto "battuto una discreta quantità di utensili di altri produttori di utensili molto noti", ha detto St. Pierre. "Non è questa la nostra intenzione. È solo che siamo in grado di concentrarci sulle nostre operazioni e sui nostri prodotti e di personalizzare un utensile per quell'ambiente di produzione. Abbiamo la possibilità di mettere a punto gli utensili solo per noi".

St. Pierre riassume il suo approccio come "spingere le cose finché non si rompono e poi tornare indietro per creare lo strumento migliore". Proveranno gli utensili nello stabilimento GKN collegato, se ci sono macchine inattive, oppure li invieranno alla loro sede svedese, dove hanno una macchina di prova dedicata e possono fornire un feedback immediato. Forniscono anche degli utensili campione alle aziende con cui hanno lavorato nel corso degli anni e chiedono il loro contributo.

St. Pierre attribuisce anche ad ANCA (con sede a Wixom, MI) il merito di avergli aiutato a risolvere alcune delle sue sfide di progettazione degli utensili. "Vado in Michigan un paio di volte all'anno, perché il viaggio vale la pena. Se sono in difficoltà, di solito fornisco ad ANCA degli utensili che non vengono prodotti da molti e ci sediamo insieme per progettarli. Oppure mi chiamano e lo facciamo al telefono. Nel giro di un giorno o due, abbiamo uno strumento insieme. E non chiedono nulla in cambio. Vogliono solo sapere come sta andando. Ci hanno aiutato molto".

Una scoperta sorprendente che St. Pierre ha riferito è stata quella di poter eliminare la necessità di rivestire molti dei loro utensili, affinando invece il tagliente in una macchina di finitura OTEC. "I nostri utensili durano più a lungo con la preparazione del tagliente che con il rivestimento", ha osservato St. Pierre. "Rivestiamo molti dei nostri utensili se vengono utilizzati per lavorazioni ad alta temperatura. Ma produciamo molte sfere coniche per il "titanio" e abbiamo fatto molti test. Basta preparare l'utensile e dura a lungo. A volte la durata è quadruplicata rispetto agli utensili precedenti".

Oltre alle prestazioni più elevate, St. Pierre ha aggiunto che la preparazione dei bordi elimina anche il tempo di attesa di circa una settimana necessario per il rivestimento, oltre al costo e alle spese di spedizione aggiuntive. "Una riaffilatura può costare 5 o 100 dollari", ha continuato. "Ma se si tratta di una riaffilatura da 5 dollari, si tratta comunque di un rivestimento da 10 dollari. In pratica, il costo dell'utensile è tre volte superiore. Possiamo eliminarlo con un processo che richiede pochi secondi". (Il tempo medio di levigatura di GKN è di circa un minuto e l'OTEC lavora 25 utensili alla volta, secondo St. Pierre).

Un centro di profitto indipendente

La sala utensili di St. Pierre è collegata allo stabilimento di motori aerospaziali di GKN a Newington, CT, ma è gestita come un centro di profitto separato. Serve tutti i 7 siti di GKN Aerospace Engine in Nord America e vende utensili ad altre aziende aerospaziali locali. Sono persino in grado di procurare lavori esterni ad altre aziende per aumentare le entrate. Per GKN si tratta di un'attività secondaria, ma vale la pena di considerare anche questa possibilità quando si decide di intraprendere la strada dell'affilatura interna degli utensili.

Scegliere la rettificatrice giusta...

Se siete pronti a fare il grande passo verso l'affilatura degli utensili, la considerazione successiva più importante riguarda la scelta dell'affilatrice in cui investire. Naturalmente, la facilità d'uso e l'assistenza sono fattori chiave, ed è saggio pensare al di là del costruttore della macchina. Chiedete ai vostri attuali fornitori quali macchine utilizzano e se sono disposti a condividere i programmi o a offrire altra assistenza. Per GKN, ANCA è stata una scelta chiara, perché è un leader di mercato e l'azienda svedese aveva macchine ANCA.

"In questo modo possiamo aiutarci a vicenda", ha spiegato St. Pierre. "Se hanno bisogno di noi per produrre degli utensili, possono inviarci un programma, noi possiamo eseguire gli utensili, spedirli e gli utensili sono esattamente come se fossero stati prodotti lì".

Va sottolineato che, sebbene St. Pierre avesse anni di esperienza nella produzione e nella risoluzione di problemi quando ha iniziato il progetto alla GKN, non aveva mai rettificato un utensile. Questo vale anche per tutti coloro che si sono uniti al team in seguito. "Ho assunto persone che sapevo avere un'inclinazione meccanica e che comprendevano il mondo reale e che non dovevano complicare eccessivamente le cose", ha raccontato Saint-Pierre. "All'inizio erano tutti nervosi, ma la prima cosa che abbiamo fatto è stata volare in Michigan per due settimane di allenamento con l'ANCA. E poi abbiamo iniziato a correre". Da allora hanno imparato e hanno commesso alcuni errori, ha aggiunto. Ma solo una volta hanno inviato uno strumento che non ha funzionato".

St. Pierre è entusiasta del software di ANCA: "Tutto il loro materiale, che si tratti di ricalibrare, rimettere in funzione, insegnare di nuovo una posizione quando si fa automazione, ti guida davvero attraverso tutto. È la macchina più facile da usare che abbia mai usato. Posso prendere qualcuno dal piano che non ha mai visto la macchina e può realizzare un utensile in mezz'ora. Progettarne uno sulla macchina e rettificarlo senza sapere cosa sta facendo".

...E la macchina di misura giusta

La seconda decisione d'investimento più importante per una sala utensili, in particolare per un'azienda aerospaziale, è l'attrezzatura di ispezione. ZOLLER, con sede ad Ann Arbor, MI, era un'altra scelta naturale. In primo luogo, GKN disponeva già di presetting ZOLLER e St. Pierre ha apprezzato il rapporto di collaborazione che si era instaurato. In secondo luogo, ZOLLER ha una stretta collaborazione con ANCA, che si traduce in soluzioni che rendono più efficienti entrambe le macchine. GKN ha quindi optato per la linea top di ZOLLER "titan", in grado di misurare automaticamente ogni attributo dell'utensile in modo ottico, compresa la forma della scanalatura e la preparazione del bordo.

Automazione con elevata precisione

GKN ha scelto di aggiungere caricatori robotizzati a tutte le sue rettificatrici per utensili ANCA MX7, oltre alla ravvivatura e alla misurazione interna delle mole. Le macchine sono inoltre dotate di un laser integrato in grado di scansionare il profilo dell'utensile e di compensare automaticamente il programma di rettifica per correggere eventuali deviazioni dalla forma nominale. Queste caratteristiche si combinano per consentire alle macchine di produrre utensili con tolleranze strette durante un turno non presidiato. "Ci atteniamo a tolleranze di più o meno mezzo millesimo sui nostri utensili", ha detto St. Pierre. "E su alcuni utensili la tolleranza è più stretta. Se si tratta di un naso a sfera per la lavorazione di finitura, manteniamo un paio di decimi".

Il "titano" ZOLLER dispone anche di un caricatore robotizzato, che ZOLLER chiama "roboSet2". Inoltre, tutte e quattro le rettificatrici e la macchina di misura possono cambiare automaticamente il diametro dell'utensile durante il funzionamento a luci spente. Questo è importante, ha spiegato St. Pierre, perché producono "400 numeri di pezzi diversi per GKN. Non produciamo lotti di 1000 pezzi, ma di 15-20". E con pochissime eccezioni, devono ispezionare tra il 10 e il 100% di tutti i loro utensili. Per evitare un collo di bottiglia, è quindi essenziale un sistema di bloccaggio flessibile.

Entrambi i sistemi utilizzano mandrini idraulici Schunk che bloccano diametri diversi con l'inserimento di un manicotto intermedio. Nel caso di GKN, un robot sostituisce il manicotto. Come ha illustrato St. Pierre: "Il roboSet [o il caricatore MX7] ha già tutti i manicotti all'interno e sa dove sono. Supponiamo che il lotto numero uno sia un utensile da mezzo pollice. Il robot prende il manicotto da mezzo pollice e lo carica nel mandrino. Poi esegue tutti gli utensili da mezzo pollice ed esegue i rapporti richiesti. Una volta terminato, scambierà i manicotti, prenderà l'utensile della misura successiva e inizierà a eseguire il programma. È sufficiente scrivere il programma e selezionare la pianificazione". GKN ha personalizzato i pallet in modo da contenere 5 dimensioni diverse e St. Pierre ha detto che può eseguire 20 progetti di utensili diversi con ZOLLER in un turno non presidiato.

GKN utilizza il software di attrezzaggio ANCA per produrre stampe altamente dettagliate dei propri utensili, "invece dei solidi fittizi a cui il settore è abituato", come dice St. Pierre. "Così siamo in grado di includere tutti i parametri dell'utensile fisico reale e di come è stato progettato". Queste stampe dettano poi la routine di ispezione. "Su un utensile standard, passiamo in rassegna da 22 a 30 parametri diversi... Ma produciamo molti utensili a indice variabile e a elica variabile, quindi dobbiamo controllare tutte le scanalature, soprattutto in un setup". St. Pierre ha aggiunto che un'ispezione completa e dettagliata "potrebbe richiedere dieci minuti, ma è possibile personalizzare i programmi e ridurre a un minuto il controllo di un sottoinsieme di caratteristiche specifiche".

Per saperne di più sulla partnership ANCA-ZOLLER

Per soddisfare i requisiti del controllo qualità, GKN ha bisogno di una macchina di misura indipendente del calibro del "titano". Ma notate come le capacità di misura di ANCA si sovrappongano a quelle di ZOLLER. Come si dividono i compiti che possono svolgere entrambe? Le macchine possono collaborare? Per St. Pierre, oltre a ottenere la qualità richiesta, l'obiettivo è massimizzare la produttività. Quindi, ad esempio, se un operatore è disponibile, preferisce usare la macchina "titan" per scansionare il profilo dell'utensile e inviare i dati di compensazione necessari alla rettificatrice, piuttosto che usare il laser interno dell'ANCA. In questo modo si mantengono gli utensili di rettifica MX.

St. Pierre ha fatto riferimento anche a situazioni in cui l'operatore potrebbe non essere sicuro di come effettuare una regolazione. "Utilizziamo lo ZOLLER per effettuare la misurazione e la rimandiamo al programma di rettifica per effettuare le correzioni. È bello che i due programmi si parlino facilmente e non è stato troppo difficile da configurare... L'abbiamo usato per utensili più avanzati, dove ci sono così tanti parametri che una cosa può influenzare l'altra. Così abbiamo lasciato che ZOLLER ci aiutasse in questi casi".

GKN sta iniziando a utilizzare ZOLLER anche per misurare le mole, massimizzando così la produttività di MX. "Stiamo acquistando l'attrezzatura per configurare lo ZOLLER in modo da eseguire tutte le misurazioni delle mole, in modo da poter impostare un intero lotto e poi trasmettere i dati alle rettificatrici", ha detto St. Pierre.

GKN dispone anche di una smerigliatrice indipendente per condizionare le ruote fuori linea. Ma, come già detto, se si tratta di un turno non presidiato, le macchine MX possono affilare e misurare gli utensili in lavorazione, oltre a misurare e ravvivare le ruote. Nel frattempo, la ZOLLER eseguirà l'ispezione degli utensili finiti su quelli precedentemente rettificati.

Altre attrezzature ausiliarie

Qualsiasi officina di affilatura utensili necessita anche di un sistema di filtraggio e controllo della temperatura del refrigerante, che in GKN è gestito da sistemi Transor a doppio serbatoio. Le troncatrici sono utili anche per dimensionare i pezzi grezzi in metallo duro. In questo caso, GKN ha adottato un approccio creativo e ha optato per un'elettroerosione a filo U6 Makino. Come dice St. Pierre, "la differenza di prezzo non era abbastanza significativa da giustificare la spesa per una macchina che può solo tagliare. Abbiamo quindi acquistato un'elettroerosione a filo per eseguire tagli personalizzati in grandi lotti. Produciamo anche le nostre attrezzature e i nostri calibri di ispezione per tutta l'azienda. Questa macchina si è ripagata da sola il primo anno, producendo cose che non hanno a che fare con gli utensili di rettifica". St. Pierre ha aggiunto che utilizzeranno anche l'elettroerosione per tagliare i profili degli utensili e poi rettificare la scanalatura e il diametro esterno negli ANCA. "Possiamo mantenere le tolleranze di rettifica con l'elettroerosione". La stanno già utilizzando per realizzare le boccole di stabilizzazione per gli ANCA.

Se si aggiungono il software di gestione utensili TMS di ZOLLER, una stampante 3D per pinze robot e altri utensili, una torre di stoccaggio Modula VLM e un marcatore laser, si capisce che la sala utensili di GKN è tanto autosufficiente quanto efficiente.

Si è trattato di "molto lavoro" e di un grosso investimento. Ma come ha sintetizzato St. Pierre: "Nessuno guarda a questo progetto dicendo che è stato un cattivo investimento. Tutti dicono che vorrebbero averlo fatto prima".
 

 

Jeremy St. Pierre ha guidato la creazione di un'operazione di affilatura degli utensili interna a GKN Aerospace Engine che si è ripagata in soli 2 anni (Immagine fornita da ZOLLER)​

 

6 marzo 2024