Mecanizado de fundiciones en hierro gris

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Liqua-Tech tiene una gran reputación como pequeño fabricante de medidores de flujo de alta calidad para propano líquido. Los medidores de esta empresa de Ukiah, California, Estados Unidos, fabricados con durables carcasas de hierro fundido y vendidos en todo el mundo, se utilizan para medir flujos de propano líquido desde 3 hasta 100 galones por minuto.

Esta compañía líder en la industria constantemente enfrenta la competencia de productos de menor calidad y más bajo costo. Decidida a mantener la alta calidad de sus productos, Liqua-Tech siempre está en la búsqueda de tecnologías de manufactura que le permitan mecanizar de una manera más eficiente fundiciones abrasivas de hierro dúctil.

Definitivamente muy lento
Las formas complejas de las fundiciones de hierro que constituyen la carcasa de los medidores de flujo de Liqua-Tech requieren el mecanizado de múltiples caras. Las fundiciones son sometidas a varias operaciones de mecanizado, desde el taladrado hasta la elaboración de roscas helicoidales. Prácticamente, es necesario realizar alguna operación de mecanizado en todos los flancos.

Para presentar cada flanco en la orientación apropiada a la herramienta correspondiente, la pieza fundida debe ser rotada e inclinada en diferentes momentos durante el ciclo de manufactura. Un viejo centro de mecanizado Fadal realizaba el mecanizado mientras una mesa manual rotativa inclinable, indexada por un operario, manipulaba la pieza. El ciclo de mecanizado incorporaba muchas pausas para permitir que el operario abriera la puerta de la máquina, indexara la pieza, revisara su posición, cerrara la pieza y reiniciara la máquina.

Según Brent Christensen, director de ingeniería de la empresa, era el momento para un cambio. "La máquina había cumplido bien su labor, pero ya era una tecnología anticuada. Además, buscábamos mayores demandas de producción por parte de nuestros distribuidores". Para satisfacer los crecientes volúmenes de producción, Liqua-Tech trabajaba el Fadal dos turnos por día, cuatro semanas al mes. Aun con esta programación, la compañía no podía producir en la planta la cantidad de medidores deseada. "Sabíamos que teníamos que hacer algo de manera diferente", afirma Christensen.

Mientras sus competidores planeaban proveer medidores más baratos con carcasas de aluminio más fáciles de mecanizar, Liqua-Tech no quería seguir este camino. "El diseño y el servicio característico de estos medidores no conducen al uso de aluminio -explica la presidente de la compañía, Marta Felt-. Estos medidores tendrán que prestar su servicio en la parte trasera de un camión, transitando por tortuosos caminos. El aluminio no se comportará en la forma que lo hace la fundición dúctil de hierro. El objetivo era mantener la alta calidad de nuestros productos y, aun así, ser competitivos en precio con los fabricantes de productos menos durables".

Explorar para encontrar la respuesta
Christensen sabía con qué se podría realizar el trabajo: una fresadora con una mesa rotativa inclinable automatizada. "Buscamos diferentes fresadoras y consideramos la actualización de una de ellas con una mesa rotativa inclinable Tsudokoma. La idea era partir de una máquina estándar de tres ejes y crear una de 5 ejes. Un proveedor de máquinas-herramienta tenía la máquina de 5 ejes que buscábamos, pero estaba fuera de nuestro presupuesto y tampoco era un producto disponible".

La posibilidad de actualizar una fresadora con una mesa Tsudokoma era una decisión costosa. Una sola mesa de 12" de diámetro puede costar US$ 70.000. "Usted afronta el costo de la nueva máquina y el costo de la mesa rotativa inclinable; además, tiene que pagar algo por la integración de las dos. Luego experimentará los problemas de holguras en el desplazamiento en el eje Z, por lo que tendrá que buscar y adquirir extensiones para la columna. También está el tiempo muerto de entrega y, por supuesto, de instalación, además de las pruebas para tener la máquina lista y operando".

Cuando se estaban apilando los pallets con fundiciones, Christensen finalmente encontró lo que necesitaba en una exposición de herramientas en Santa Clara, California, mientras pasaba por el booth de Mazak y observó una Variaxis 200 en acción. "Vi esta máquina manipulando una pieza de aluminio, de la misma manera como nosotros queríamos manipular las nuestras. Cuando el representante de ventas de Mazak me dijo lo que la máquina podría costar, que era menos de lo que yo esperaba pagar por una nueva fresadora más la mesa Tsudokoma, le solicité una propuesta por escrito".

Un solo alistamiento y tiempos de ciclo más rápidos
Con ansiedad por ver qué tan bien la Variaxis realizaría el mecanizado de las carcasas de hierro fundido, Christensen empezó a trabajar en su operación desde el momento mismo en que fue instalada. En dos días la máquina estaba instalada y mecanizando piezas de producción.

Las pruebas iniciales incluyeron el fresado de caras y el taladrado y roscado de patrones de huecos de pernos. El éxito de estos procedimientos condujo a los mecanizados más complejos requeridos en la carcasa de uno de los productos clave de la planta.

"El medidor de flujo modelo LPM-102 necesita un mecanizado en las dos superficies superiores, los lados y la parte inferior. Luego, la pieza requiere una inclinación y una rotación para que las herramientas alcancen otro lado a un ángulo de 45° . La Variaxis hizo esto en un solo montaje".

En el sistema antiguo, la inclinación y rotación de la pieza se hacía manualmente. La Fadal debía realizar todas las operaciones de fresado, taladrado y roscado en un lado, después de lo cual el operario indexaba la pieza hasta la siguiente orientación y la máquina repetía el proceso utilizando la cantidad de herramientas necesaria.

La manipulación flexible de piezas, posible en el centro de mecanizado Mazak, realmente disminuyó la programación indispensable para mecanizar las carcasas. Esto se debe a la disminución de cambios de herramienta dentro del ciclo. Según Christensen, ahora montan una fresa de planos y fresan todos los planos que sean necesarios, ya que la mesa rotativa inclinable posiciona la pieza de acuerdo con las necesidades específicas. "Luego colocamos la broca de centros y hacemos los centros de todos los rasgos que lo requieran. Así continuamos hasta que la pieza está hecha. Ya no tenemos que montar las herramientas múltiples veces, como lo hacíamos en la anterior máquina".

El montaje único es una característica importante, que se vio mejorada por las mayores velocidades de corte y de avance posibles con la nueva tecnología de mecanizado ofrecida por la Variaxis. "En algunas de nuestras piezas redujo a la mitad nuestros tiempos de producción, si no más", asegura Christensen. Trabajos que se hacían en una hora con la anterior máquina, al principio tomaron 28 minutos en la Mazak. Este trabajo inicial, sin el ajuste fino de los parámetros de corte, ya ha proporcionado una impresionante reducción de 53% en los tiempos de ciclo.

Estas nuevas condiciones permitieron que Liqua-Tech cumpliera rápidamente sus órdenes trabajando la máquina sólo un turno al día. En los últimos meses, después de la instalación de la Variaxis, Christensen vio cambios radicales de producción en Liqua-Tech. "Sin haber tenido ninguna experiencia previa con una de estas máquinas, fue un acto de fe optar por esta Mazak. Pero estamos felices con ella. Las velocidades de husillo, los desplazamientos rápidos, el tiempo de cambio de herramientas, todo es rápido".

Zumbando en los huecos
A partir de esa experiencia inicial con la Variaxis, Liqua-Tech ha cosechado muchas recompensas. De nuevo, la compañía ha duplicado las tasas de producción al eliminar demoras en el mecanizado y los alistamientos adicionales. La máquina realiza el ciclo completo de mecanizado sin ninguna intervención del operario, liberándolo cada vez hasta por 25 minutos, según la pieza que se esté mecanizando. Hoy, mientras la máquina realiza el ciclo, se les han asignado a los operarios tareas adicionales como el desbaste de rebabas gruesas y la inspección adicional de piezas.

"Decidimos que queríamos hacer más productivos a los operarios dándoles otros trabajos o asignándoles simultáneamente otra máquina", explica Christensen.

Según Christensen, "además de que la velocidad de la Variaxis es fenomenal, también lo es su exactitud. Una pieza específica, que antes necesitaba de dos montajes para mecanizarla con precisión, hoy se hace en uno solo. La obtención de tolerancias en planitud y paralelismo de ± 0,0002 ahora es rutinaria".

Otra impresionante y útil característica de la Variaxis es su roscado rígido (o sincrónico). "Realmente zumba a través de los huecos hasta 150% más rápido que antes. Los tamaños de huecos roscados en las diferentes carcasas varían entre 1/8" y 1/2" de diámetro. La redondez de los huecos era un problema, pero con el montaje rígido de 5 ejes, ahora podemos mecanizar roscas de tubería en huecos cónicos, 30% más rápidamente que con nuestra vieja máquina, manteniendo la tolerancia", comenta Christensen.

Antes, factores relativos a la rigidez no les permitían usar altas velocidades de avance, pero ahora lo hacen con su mesa integrada de dos ejes (eje C para rotación y eje A para inclinación). La Variaxis es mucho más rígida y pueden surcar los huecos más difíciles, incluidas las operaciones para fresas de pala de 17/16", con mayor precisión.

El beneficio de mayor vida de la herramienta
El viejo centro de mecanizado vertical impedía que Liqua-Tech incrementara sus tasas de producción y sacara todo el provecho de sus herramientas de corte. Por ejemplo, una operación de alesado en una fundición había sido un proceso lento en la vieja máquina, ya que no contaba con la potencia necesaria. El alesado se realizaba a una frustrante velocidad de tan sólo 0,5 ipm.

Esta baja velocidad hacía que Liqua-Tech no maximizara el uso de su herramienta. "Disponemos de algunas herramientas especiales con múltiples cabezas de corte. Los fabricantes recomiendan unos parámetros específicos para trabajar este tipo de herramientas, por ejemplo, a 850 sfpm, a una carga de viruta dada, pero no había forma de que pudiéramos trabajar o, incluso, acercarnos a estos parámetros en la vieja máquina. Esto significaba que no podíamos obtener los pies superficiales recomendados o la carga de viruta en el cortador, sin que la máquina vibrara bruscamente o se parara el husillo", explica Christensen.

Una operación grande de taladrado también tenía problemas en la máquina vieja debido al movimiento de la pieza en el sistema de fijación. Cuando la broca era forzada dentro de la pieza, la fijación se movía. El resultado era una baja vida de esas costosas herramientas. Christensen afirma que el uso de los parámetros recomendados de corte es crítico en las herramientas modernas de carburo. "Se tiene que trabajar a los parámetros recomendados por el fabricante, de lo contrario no resistirán".

Una vez instalada la Variaxis, alcanzar los parámetros de corte recomendados fue muy fácil. Según Christensen, ellos pueden accionar las velocidades y avances tan rápido como lo necesiten y las herramientas surcan de manera adecuada la pieza.

Actualmente, aplicar una fuerza pesada de corte con una gran broca de pala no es problema. "Con la mesa rotativa inclinable y la fijación hidráulica en la Variaxis, la pieza es soportada sólidamente, de tal forma que podemos incrustar la broca sin preocuparnos de que algo se vaya a mover", dice Christensen.

Ellos programan algunas de las operaciones de roscado utilizando la máxima velocidad de roscado con macho, de 3000 rpm. En la Variaxis, las velocidades de desplazamiento rápido de 1969 ipm se obtienen en la herramienta cuando esta necesita ser rápida. "Aún a estas velocidades la máquina rosca suavemente", anota Christensen.

Cuando Liqua-Tech pudo utilizar sus herramientas a las velocidades y avances recomendados, se benefició de la vida más prolongó de las herramientas. Previamente, la práctica era cambiar las brocas y machos de roscar al principio de cada turno. Después de la instalación de la Variaxis, el operario encontró que no tenía que cambiar las herramientas tan a menudo. De hecho, la vida de las herramientas se extendió cerca de 4.000%.

"Unos días después, le pregunté al operario qué tan a menudo había tenido que cambiar las herramientas y me dijo que todavía estaba utilizando las mismas brocas y machos con los que había empezado", afirma Christensen. Al ver que las herramientas habían taladrado y roscado 350 piezas con más de 20 huecos de un tamaño particular, Christensen casi se va de espaldas. La vieja máquina requería cambio de herramientas después de ocho o diez piezas. Luego de la inspección, el macho mostró algunos signos de desgaste, pero aún producía piezas aceptables. "Después de muchas piezas, le dije al operario que hiciera el cambio de herramienta", explica Christensen.

El operario tuvo la misma experiencia con una broca grande de pala. La cambió después de trabajar 400 piezas.

Fácil de usar
La Variaxis constituyó la solución correcta para Liqua-Tech, ya que fue diseñada por Mazak a fin de mecanizar múltiples caras de una pieza en un solo montaje. Para llevar a cabo esta tarea, la máquina tiene un cabezal de husillo con velocidades de desplazamiento de hasta 1.969 ipm dentro de un espacio de trabajo de 20" x 20" x 18". Una mesa rotativa inclinable integrada, capaz de soportar piezas de 600 libras, 19,7" de diámetro y 15.9" de altura, proporciona los movimientos de los ejes B y C, de 150° y 360° , respectivamente. Este diseño, combinado con un husillo de 12.000 rpm y 30 hp, proporciona una rígida operación de mecanizado.

Para sacar ventaja de la manipulación de piezas, posible con este sistema, Christensen dispone de un control Mazatrol Fusion 640, con la programación EIA. Él y otros tres empleados asistieron a un entrenamiento de tres días para el uso de la programación conversacional de Mazatrol. Durante este entrenamiento identificaron el método óptimo de manipulación.

"Descubrimos que la EIA era la mejor manera de programar la Variaxis, ya que hacemos una gran cantidad de inclinaciones y rotaciones de las piezas. Además, cuando se llega a la determinación de las longitudes de herramientas, nos sentimos agradecidos con el Mazatrol. Pienso que es realmente fácil. Con la máquina vieja teníamos diferentes parámetros de longitud para la misma herramienta. Con el centro de Mazak, utilizamos el Mazatrol para programar las longitudes en un solo paso. Es la misma longitud de herramienta para cada rasgo de la pieza con esa herramienta. Sólo se requieren unos minutos para medir y registrar todos los datos de la herramienta y minimizar los tiempos de alistamiento", explica Christensen.

Ellos vieron que el tiempo de programación es mucho menor en la nueva máquina. Con el control Mazatrol, las gráficas y la capacidad de inclinar y rotar la pieza, han hecho fácil la creación de los programas de mecanizado. Además, los operarios aprecian la facilidad de su uso.

Competencia: el nombre del juego
La nueva máquina simplificó otro aspecto del mecanizado: la remoción de virutas. En la máquina vieja, los operarios tenían que utilizar el sistema de aire comprimido del taller para retirar las virutas de las partes profundas y los huecos de la pieza. El proceso, además de sucio, consumía tiempo.

La remoción de virutas en la Variaxis se hace mediante la rotación e inclinación de la pieza y con el flujo del refrigerante. Según Christensen, "cuando la máquina termina e inclina la pieza para permitir su descarga al final del programa, la pieza está limpia. La manipulación de la pieza hace que las virutas caigan y el flujo constante de refrigerante deja las piezas limpias de virutas".

En el taller todos están entusiasmados con la flexibilidad y las funciones de la máquina. La parte clave está en la reducción del alistamiento. Los supervisores y operarios frecuentemente proponen ideas para reducir los tiempos de alistamiento en otros trabajos de la planta con la máquina.

Los ciclos de trabajo más rápidos, los alistamientos más cortos y la mayor vida de las herramientas, le han permitido a Liqua-Tech mantener su competitividad en la industria del propano. "No sólo hemos duplicado las velocidades de producción, sino que ahora tenemos una máquina (el viejo centro de mecanizado) capaz de realizar trabajos que de otra manera tendrían que haber sido rechazados. Y lo más importante, esta inversión ha creado un mundo de diferencias para nosotros", afirma Christensen.

La presidenta, Marta Felt, está de acuerdo: "Esta máquina nos ha dado la capacidad de mecanizar un producto durable, tan rápido como nuestros competidores mecanizan sus productos de aluminio. La inversión realmente no ha sido para un proceso sino para adquirir una tecnología. Pensábamos que la tecnología nos permitiría hacer el producto de calidad que queríamos y venderlo a un precio competitivo. La máquina superó todas nuestras expectativas".

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