Mecanizado de grandes moldes

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La empresa CDM Tool & Manufacturing Co. de Hardford, Wisconsin, en Estados Unidos, recientemente cotizó un molde de etapas grande y complejo para un tiempo de entrega de 19 semanas. Pero el cliente regresó poco después de que la cotización fuera aceptada. El fabricante de moldes enfrentaba una presión inesperada para poner en producción el molde antes del tiempo establecido. CDM decidió hacer a un lado el tiempo cotizado y aceleró la producción del molde, entregando el trabajo en tan solo 10 semanas.

"Tuvimos buena suerte, dice el vicepresidente de CDM, Brian Priestaf. Contábamos con la gente y las máquinas apropiadas en nuestro taller para lograr la cantidad de tiempo apropiada para acomodarnos a una programación más ajustada".

Pero el taller, que cuenta con 50 operarios, se ha preparado para obtener ventaja de esta clase de situaciones. La reducción en el tiempo de trabajo para el molde de etapas no fue una coincidencia. En un grado u otro, todos los clientes de CDM se han visto presionados para producir más rápidos, lo que afecta directamente las solicitudes de entrega en CDM. Debido a ello, el taller ha cambiado su proceso para asegurar que los trabajos fluyan más rápidamente.

El objetivo principal no es realizar cada paso del proceso más rápido. El propósito del taller es la combinación de pasos o el aumento de velocidad entre estos, buscando, en lo posible, eliminar los cuellos de botella que puedan demorar el desarrollo del trabajo. El fin es mantener cada molde en movimiento.

Este objetivo orienta la decisión para la selección de las máquinas-herramienta. En lo posible, el taller desea mecanizar totalmente un macho o una cavidad en una sola máquina.

Esto también afecta la forma como los trabajos son programados. Tradicionalmente, la fuente más común de cuellos de botella tiene que ver con el flujo de los trabajos de la oficina hacia el taller. Para eliminar este tipo de demoras CDM ha hecho una mayor transferencia de programación hacia el taller. En lugar de que el departamento de ingeniería establezca la geometría de cada trabajo y defina las trayectorias de herramienta, mientras el operario espera, ahora este departamento solo define el trabajo de geometría. Los programas son generados en el taller, donde hay sitios con software CAM cerca de las máquinas-herramienta. Hoy en CDM los maquinistas definen las trayectorias de herramienta.

Este cambio en las responsabilidades ha constituido un paso adelante para hacer más eficiente el trabajo de taller. Pero una vez el trabajo se vuelve más ágil, tiene que mantenerse esa rapidez. Aquí es cuando la de escogencia de la estrategia de mecanizado afecta de igual manera la selección de la máquina.

Quizás la compra más significativa de máquinas-herramienta que la empresa ha hecho recientemente tiene que ver con la producción, con montaje único, de moldes de un tamaño superior al promedio de la zona de trabajo de un centro de mecanizado. El molde de etapas fue un ejemplo de estas características. Moldes grandes como éste conforman una porción importante de los negocios de este taller.

Pero los factores relacionados con el diseño de la máquina hacen que los moldes pequeños sean más fáciles de mecanizar completos, según Priestaf. Generalmente, en un centro de mecanizado de alta velocidad, con cortes rápidos y superficiales, se puede terminar una pieza en un solo montaje, si es pequeña. En este taller, aplicar esta técnica en moldes grandes ha sido más difícil. Sus grandes máquinas tienen características apropiadas para desbaste pesado o para terminado fino, pero no para ambos. Lo que el taller necesitaba era un centro de mecanizado grande que pudiera remover material de un bloque sólido, rápidamente, durante el ciclo de desbaste y luego realizar efectivamente un terminado fino en la misma pieza.

Gran eficiencia
Un accesorio ayudó al taller a realizar esta mezcla. La máquina que el taller escogió –dos veces– fue un modelo MPF de centro de mecanizado vertical tipo puente de Toshiba Machine. Cada una de las máquinas modelo MPF que el taller compró tiene una mesa de 70" por 55" y un husillo de 36 caballos, a 10.000 rpm. Este modelo tenía el balance que el taller buscaba entre el desbaste y el terminado fino.

Una capacidad adicional de terminado viene de un accesorio que Toshiba también suministra: un husillo neumático de 30.000 rpm que se carga en el husillo principal, de igual manera que un portaherramientas. Trabaja con el sistema de aire forzado de la máquina.

Cuando los moldes grandes tienen pequeños detalles, CDM puede utilizar este husillo para mecanizar esos detalles de una manera precisa y eficiente, utilizando pequeñas fresas frontales. "Sin embargo, teniendo en cuenta el husillo principal, esta es una máquina de alta velocidad, comenta Priestaf. Para nosotros, el valor principal del mecanizado de alta velocidad se obtiene cuando el centro de mecanizado puede realizar cortes rápidos para mecanizar la pieza completa. Estos grandes centros verticales tienen suficiente velocidad y torque de corte, de manera que el taller puede utilizarlos en los moldes de gran tamaño con las mismas técnicas de mecanizado de alta velocidad que utiliza con las piezas pequeñas.

Para CDM, estas técnicas representan una diferencia considerable en comparación de como mecanizaba sus moldes anteriormente. No hace mucho, los machos y las cavidades eran desbastados aproximadamente hasta 0,1". Se utilizaban cortes lentos y pesados, lo que producía una generación de calor que a menudo hacía que la pieza se alabeara. Para evitar esto, la pieza era retirada de la máquina-herramienta para un rectificado y un alivio de tensiones. Luego se regresaba a la misma máquina-herramienta para el semiterminado o para el fresado de acabado. Si se necesitaba un terminado de más alta precisión, era necesario adicionar una o más máquinas. Podían ser una fresadora con mayor velocidad, una electroerosionadora o posiblemente ambas.

La velocidad es uno de los factores que hace posible que el taller pueda obtener una pieza final a partir de un bloque en una sola máquina. Durante el mecanizado los cortes más rápidos le permiten al taller hacer cortes más livianos y remover la misma cantidad de material en la misma cantidad de tiempo (sino más rápido). Los cortes livianos también hacen que las virutas puedan extraer gran parte del calor. Como queda una menor cantidad de calor en la pieza, se evita el alabeo y el consecuente retiro de la pieza entre el desbaste y el terminado.

Otro factor importante es la exactitud. Todos los nuevos centros de mecanizado, que son rápidos, proporcionan tolerancias estrechas a altas velocidades de avance. Esto hace que el taller pueda cortar más cerca durante el desbaste para reducir el tiempo total de máquina. En lugar de desbastar en el rango de 0,1", ahora el taller desbasta cerca de las 0,025".

El software también es más preciso y esto es igualmente significativo. Cuando las trayectorias de herramienta vienen del departamento de ingeniería han sido creadas en un sistema integrado CAD/CAM de punta. Actualmente, un software más económico es capaz de generar trayectorias de herramienta complejas y eficientes de una manera confiable y automática. Esto explica porqué CDM puede equipar a sus operadores con los puestos de software que necesitan para crear ellos mismos los programas.

"En el departamento de ingeniería estábamos acostumbrados a tener operadores de pie. Hoy estos operadores están sentados, anota Priestaf.

Puestos de CAM
La presencia de asientos acolchados y confortables en el taller es uno de los signos más visibles del compromiso de CDM con la programación en el taller. Otro signo son los poderosos PC corriendo cerca de cada gran máquina CNC.

CDM ha divorciado la generación de trayectorias de herramientas del departamento de ingeniería. La oficina ya no envía archivos de programas al taller, solo envía la geometría. Allí, las carencias del modelo del cliente son detectadas y la línea de partición es definida pero, después de esto, las trayectorias de las herramientas se le delegan al operador, quien realmente efectúa el trabajo.

Actualmente y por rutina, un maquinista tiene operando un trabajo en la máquina mientras está programando el siguiente en el software de CAM. Algunos operadores (como el que supervisa las dos máquinas Toshiba) mantienen las dos máquinas programadas y operando simultáneamente.

En la mayoría de los casos, los operadores de CDM ya tenían la habilidad necesaria para desempeñarse de este modo. Sólo necesitaban las herramientas. Las estaciones WorkNC de Sescoi hacen posible esta forma de programación. El taller escogió este software por varias funciones que aceleran la generación de trayectorias de herramienta y permiten que el software pueda ser utilizado efectivamente al lado de la máquina-herramienta. Una variedad de opciones de estrategias de corte le permite al operador definir las trayectorias, específicamente para grandes avances. También una función de modelado y memorización de ensambles de herramientas, portaherramientas y husillos, permite que el software calcule automáticamente la longitud de herramienta necesaria para evitar colisiones en piezas de trabajo complejas.

Perry Merkers es un operario que regularmente trabaja con los grandes centros verticales y con el software. Él dice que la potencia de cálculo del PC es otro ingrediente importante. Los PC de gran poder liberan la creatividad del operario, ya que pueden experimentar con diferentes escenarios de trayectorias de herramienta sin necesidad de esperar, cada vez, que el computador mastique los números. Por lo tanto, esta amplia capacidad de computo contribuye directamente a la generación de trayectorias de herramienta más efectivas.

Flujo de conocimiento
Priestaf dice que lo que él desea incentivar es esta creatividad del operario. El siguiente paso para hacer el proceso más productivo, según él, puede relacionarse directamente con los empleados. El reto específico es colocar un sistema que simplifique y aumente el intercambio de ideas entre ellos.

Hoy este intercambio es más importante. Anteriormente, lo común era que la experiencia de programación de la empresa residiera esencialmente en un solo hombre (al que los operarios esperaban cuando estaban en línea). Ahora la programación está descentralizada y el taller tiene 20 operarios diferentes, todos descubriendo nuevas formas de mecanizar mejor y aprendiendo diferentes técnicas con distintos ritmos. Ellos realmente charlan y se ayudan unos a otros. Sin embargo, Priestaf está alerta de cómo hacer que sus operadores compartan sus conocimientos de una manera más efectiva.

"Es curioso, si hay un rumor todo el mundo parece conocerlo. Pero si alguno descubre una mejor manera para realizar un trabajo, que ahorre tiempo y dinero, algunas veces esta información no trasciende".

La comunicación esporádica, dice él, puede ser el siguiente cuello de botella que el taller tenga que vencer.

© Reproducido de Modern Machine Shop con autorización expresa del editor.

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