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Octubre de 2017 Página 1 de 3

La historia de una pieza

Miguel Garzón

El registro preciso y oportuno del trabajo en cada pieza durante sus procesos de fabricación es una de las preocupaciones en los desarrollos de máquinas herramienta.

Uno de los retos fundamentales de la producción en serie de componentes de alta criticidad es el monitoreo de procesos de manufactura con la finalidad de asegurar la calidad del producto. El registro preciso y oportuno del trabajo en cada pieza a lo largo de sus diferentes procesos de fabricación es ahora una de las preocupaciones fundamentales en los nuevos desarrollos para máquinas herramienta.

La producción de cualquier componente industrial complejo se realiza a partir de varios pasos de fabricación. Lo que se denomina una cadena de manufactura. En el ejemplo de un eje con ruedas dentadas para una caja de cambios automotriz, se tienen pasos que van desde la forja de una preforma, pasando por el torneado de la geometría previa, fresado de los dientes, endurecimiento superficial localizado de las zonas críticas de rodamiento, torneado duro y rectificado final.

Todos estos pasos dejan una historia de efectos de las fuerzas, las temperaturas que se llevaron a cabo para deformar, cortar, endurecer el material y que establecen su funcionalidad final. Los efectos de cada proceso determinan en últimas la calidad del producto. Una pieza pudo, por ejemplo, tener un excelente proceso de rectificado final, pero si desde uno de sus pasos intermedios formó microgrietas en su estructura generadas por parámetros incorrectos de corte o de tratamientos térmicos, su vida útil se verá gravemente afectada. Aún si se ve perfectamente en el exterior, o incluso si pasa los ensayos no destructivos tradicionales de inspección.

Organismos reguladores internacionales como la Administración Federal de la Aviación (FAA, por su abreviatura en inglés) denominan a estos problemas inducidos: Anomalías de Manufactura. Otros ejemplos de anomalías pueden ser la porosidad inducida por procesos de deformación o quemaduras sobre las superficies producidas por el rectificado, entre muchos otros.

Precisamente, con el fin de obtener información sobre la relación entre la calidad del producto y su cadena de fabricación, es que existe una rama de la ingeniería de manufactura dedicada al monitoreo de procesos. Su función es cuantificar variables de proceso a través de la medición y tratamiento de señales captadas por sensores especializados, que al final permitan analizar y tomar decisiones sobre el estado de la fabricación.

Un caso crítico

En 1996, un accidente aeronáutico en Pensacola, Florida inició un movimiento que cambió la historia de la manufactura para siempre. Durante el arranque de las turbinas de un MD-88 de pasajeros, uno de los discos de la primera etapa del compresor se soltó y una de sus partes impactó el fuselaje. El disco ingresó por un costado y salió por el otro con un terrible registro de dos víctimas mortales que fueron impactadas por el objeto a alta velocidad. La pieza falló después de 13,835 horas de uso, aun cuando su vida útil esperada era de 20,000 horas.

Después de un análisis exhaustivo se determinó que la falla se debió a un error de manufactura. Durante el taladrado de uno de los agujeros del disco de titanio, es probable que la broca haya fallado o se haya bloqueado debido a la combinación de una pérdida de lubricante y el estancamiento de viruta en el fondo del agujero, generando altas temperaturas en el material.

Todo esto como causa de la mala elección de parámetros de corte y posiblemente un elevado desgaste de la herramienta. Estos hechos generaron un cambio crítico en la microestructura del material que llevó a su falla por fatiga antes de tiempo.

Tras este incidente, la FAA promovió la creación del proyecto Roman que introdujo controles apropiados en la manufactura de componentes críticos. Los fabricantes europeos de turbinas aeronáuticas formaron a su vez el proyecto MANHIRP que investigó el uso del monitoreo de procesos para la detección de anomalías, pruebas no destructivas, fatiga y levantamiento de modelos probabilísticos. Gracias a este último proyecto, se generaron nuevas definiciones de anomalías, junto con la categorización e identificación de señales.

El gerente general de la firma Knowledge in Precision Manufacturing (KPM), Jorge Granada, experto en System Safety para la industria aeronáutica declaró que “existen actualmente normativas y referentes internacionales como el Mil-STD-882, la ARP 4761 y ARP 4754, e incluso la Mil-HDBK-1530 que ofrecen recursos valiosos para la identificación de condiciones no solo de funcionamiento del producto aeronáutico, sino de los métodos de manufactura que pueden afectar el nivel de seguridad que un componente o una estructura aeronáutica van a ofrecer durante su operación”.

En términos generales, los organismos de regulación internacional han declarado lo siguiente:

  • El uso del monitoreo de procesos se utiliza como retroalimentación para la calificación de procesos de manufactura, necesaria la certificación de una pieza aeronáutica crítica.
  • El monitoreo de procesos permite ganar la habilidad de manufacturar componentes críticos rotativos mientras se ofrece un mejor control de calidad que llevará a niveles mucho mayores de seguridad aérea.

La trazabilidad de la fabricación de un componente aeronáutico es clave para su aprobación por entes internacionales y la FAA ha declarado que los sistemas de monitoreo en línea permitirán la reducción del tiempo necesario para estas aprobaciones.


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