Producción de troqueles de prensa para la elaboración de tarjetas

Producción de troqueles de prensa para la elaboración de tarjetas

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¿Se ha sentido alguna vez perdido tratando de escoger una tarjeta de una vasta selección en los estantes? Considere cuántos troqueles se toman para producir los diferentes diseños de tarjetas que usan formas cortadas o diseños en relieve. Ahora tenga en cuenta que los troqueles redondeados que Hallmark usa para sus diseños de tarjeta son todos mecanizados sólo por tres operadores. ¿Cómo es posible? La compañía logra esto con el mecanizado de alta velocidad. Luego de hacer la transición de un proceso de formado de níquel a un medio digital de manufactura, que se basa en el mecanizado de alta velocidad, el proceso de Hallmark incluye troqueles listos para prensas, los cuales no sólo son más consistentes sino también menos costosos de producir.

Avanzado en estética
Hallmark representa 50% del mercado de tarjetas en Estados Unidos. Mundialmente, la compañía emplea a más de 18.000 personas, de las cuales casi 4500 trabajan en la sede principal en Kansas City, Missouri, donde se hace el diseño y la manufactura del troquel. Desde su fundación en 1910, por Joyce C. Hall, especialista en expresión personal, la empresa ha desarrollado una extensa línea de productos que incluye otras muchas marcas, además de su firma insignia. Representada en una red de más de 43.000 vendedores minoristas, sólo en Estados Unidos, la presencia de Hallmark se extiende a los productos Crayola y Silly Putty.

La misma atención inflexible a los detalles que le permite a la compañía prosperar y producir una profusión de sentimientos provocados por el pensamiento y sus hermosos diseños, también ha llevado a Hallmark a reevaluar sus procesos de fabricación de troqueles. La racionalidad con la que se abordó el abandono del método anterior (formado de níquel) involucró irregularidades en el acabado superficial e incapacidad de predicción en cuanto al espesor general y la calidad que ofrecían los troqueles.

Mientras la compañía decidió que el costoso trabajo de banco tenía que desaparecer, la apariencia distintiva del grabado manual debía conservarse. Hallmark necesitaba idear cómo replicar exitosamente la apariencia de grabado manual y continuar produciendo troqueles que pudieran transportarse directamente de la fresadora a la prensa. Esta tarea, llamada solución multifacética, debería unir el conjunto de habilidades de sus grabadores manuales y la practicidad de las herramientas digitales. El mecanizado de alta velocidad de los troqueles de grabado en bronce probaría ser un factor crucial para mejorar la tecnología al tiempo que se optimizaban los procesos.

Doug Bowen, ingeniero senior en la división de tecnologías avanzadas de Hallmark, reconoció pronto que los ingenieros que soportaban la iniciativa del herramental digital necesitarían colaborar de cerca con otros ‘Hallmarkers’ y compañeros del negocio de herramental para hacer realidad su visión.

“Parte de la implementación exitosa es, claramente, articulando que un impacto disruptivo temporal a un área de producción puede representar la mejor solución a largo plazo –explica Bowen–. Algunas veces esta fase puede involucrar un largo y, a menudo, apasionado diálogo para determinar el curso de acción más apropiado.”

Capital creativo
Adoptar una tecnología prometedora es el primer paso. Sin embargo, la tecnología sola no provee los medios para capturar un sentimiento en una tarjeta. Hallmark deriva su fortaleza de los talentos de un equipo creativo de unos 800 artistas, diseñadores, estilistas, escritores, editores y fotógrafos. Juntos generan más de 19.000 nuevas y rediseñadas tarjetas y productos relacionados, por año. La compañía ofrece más de 48.000 productos en su línea de modelos en un momento dado. De esta cifra, cerca de 11.190 tarjetas requieren realzar o inscribir usando un troquel personalizado, de manera que requieren la experiencia de los grabadores manuales de la compañía y de los artistas digitales.

El proceso de realce produce un diseño elevado. La lámina realzada también se conoce como “redondeada elevada” o “lámina elevada”, mientras que “lámina plana” denota ningún relieve o realce en el papel.

La creencia de que las herramientas digitales no son tan eficientes para crear diseños complejos como los artistas, puede parecer incomprensible. Sin embargo, alguien que haya conocido uno de los grabadores manuales de Hallmark se atrevería, discretamente, a diferir. Con un promedio de 25 a 30 años de experiencia, estos dedicados ‘Hallmarkers’ usan herramientas que se parecen vagamente a las brocas de los dentistas, para esculpir cuidadosamente espléndidos diseños en las chapas de magnesio. A través de un proceso propio de captura de datos, estas copias ‘heliográficas’ de magnesio, proveen la base para el diseño digital que finalmente se usará en el proceso de mecanizado.

“Ciertos patrones repetidos o formas geométricas se prestan para la belleza digital –explica Phil Hammond, líder del equipo de reproducción 3D en Hallmark–. A lo largo y ancho, Hallmark ha sido reconocido por sus diseños orgánicos, florales y de paisajes.”

Hammond comenta que el cambio al proceso digital aún es un trabajo en progreso. Junto con la determinación de cómo modelar efectivamente estas formas intrincadas en el software CAD/CAM, la compañía también está aprendiendo a mecanizarlas efectivamente.

Después que el diseño grabado en un troquel de magnesio se escanea e importa en el software CAD/CAM específico para formas artísticas –ArtCAM Pro 9 de Delcam– el archivo se somete a acabados por un grupo de grabadores. El programa crea entonces el código G para los centros de mecanizado de alta velocidad.

Todo en los detalles
Así como elabora los dibujos con un equipo creativo y dinámico, Hallmark también debe crear las capacidades del mecanizado a alta velocidad. Realizar cortes livianos y rápidos permite una producción ágil y consistente de herramientas de bronce, prístinas y listas para la prensa. Pero el proceso no siempre fue fácil. La compañía ahondó primero en el fresado de alta velocidad con un centro de mecanizado que no era precisamente el más indicado para esos trabajos. Aun cuando la máquina trabajaba bien para esos troqueles, no estaba diseñada para soportar el abuso que la compañía le daba. No podía soportar los frecuentes reversos del eje en el movimiento de sólo 0.090” en el eje Z, lo cual es requerido por todos los troqueles. El movimiento continuo desgastaba eventualmente los componentes del eje Z.

La búsqueda de una solución apropiada de alta velocidad, que cumpliera los requerimientos de la compañía en cuanto a desempeño, calidad y capacidad de servicio, dio como resultado la selección de un Vibra-Free, de CompuMachine Inc., y de un OmniRaptor, de Datron Dynamics.

Los centros de mecanizado de alta velocidad fundamentalmente fresaban diseños con características de redondez elevadas o “lámina elevada”, además de algunos diseños realzados. El Vibra-Free trabaja en diseños de láminas elevadas 3D y lámina plana, mientras el OmniRaptor está reservado sólo para trabajos de realce.

Continuando con la compra inicial del año 2004, la compañía luego adquirió tres máquinas adicionales Vibra-Free en un espacio de dos años. Ahora, las cuatro máquinas Vibra-Free operan 24 horas 7 días a la semana, en lo posible. Para reemplazar labores del servomotor del eje Z, CompuMachine adicionó una niebla refrigerante para lubricar el eje Z.

Según CompuMachine, los más de 2 GB de disco duro del Vibra-Free y su conexión Ethernet aseguran que la falta de datos y las exhaustivas rutinas de compresión de archivos no sean un problema. El sistema Fanuc 16i incluye un control de contornos de alta precisión, así como algoritmos personalizados y técnicas de superficies diseñadas para el crecimiento térmico y para maximizar la vida del herramental. Como el nombre del centro de mecanizado lo insinúa, el Vibra-Free ofrece el requisito de rigidez para hacer cortes suaves a extra altas velocidades.

“La rigidez es la base para lograr buenos acabados superficiales, y la alta velocidad no es la excepción”, comenta Jesse Chen, gerente de producto en CompuMachine.

Las fundiciones reforzadas de la máquina, los tornillos de bolas de precisión, las guías cuadradas de precisión y los limpiadores trabajan armónicamente para brindar un acabado superficial favorable y tolerancias estrechas a altas velocidades, añade el fabricante. El husillo opcional de 55.000 rpm, provisto por Ibag, está equipado con herramental HSK para ofrecer más estabilidad durante el proceso de corte.

El otro modelo de máquina usado para los troqueles, el OmniRaptor estilo gantry, tiene todas las características de una máquina construida para grabado a alta velocidad de lotes de piezas de trabajo intrincadas, incluido un husillo de 60.000 rpm. También posee un área de trabajo suficientemente amplia (30” x 40”), que acomoda numerosos troqueles para mecanizar simultáneamente.

Bob Murphy, gerente de ventas en Datron Dynamics, recuerda que Hallmark quería cargar de 10 o 12 troqueles de bronce y luego dejar que la máquina operara sin atención.

“Básicamente, ellos pueden generar un patrón de herramientas enorme y dejar la máquina operando y cortando varios troqueles de una sola vez –explica–. La cama grande minimiza la intervención del operador porque acomoda este lote completo”.

Esta característica estructural probó ser especialmente útil para el taller de máquinas de tres hombres de Hallmark, porque un operador puede cargar un lote y luego atender otros deberes durante el día. También cuentan con un aparato de sonda integrado en la máquina de grabado, que minimiza la intervención del operador.

Según Murphy, la sonda de corrección Z reduce el tiempo de alistamiento, ayuda a disminuir los errores del operador y escanea la superficie de una parte para un grabado de profundidad precisa. El dispositivo compensa superficies irregulares. Ya que está montado en seguida del husillo, la sonda no entra en la vía del herramental. La sonda retráctil, neumáticamente, puede extenderse para medir cada punto sencillo o matrices personalizadas.

“Aún si la chapa está curvada, la sonda evaluaría la superficie y se calibraría de modo que podamos grabar sobre ella”, añade Murphy.

El controlador PC de la máquina de grabado es útil para el trabajo artístico en 3D, ya que los formatos de archivos son generalmente grandes. Las máquinas pueden conectarse en red para adoptar transferencias fáciles de datos, y el sistema operativo de Windows XP le da al operador la flexibilidad para imprimir archivos o aun navegar en Internet.

Terminando el proceso se encuentran los portaherramientas prebalanceados y las boquillas, así como pequeñas herramientas de corte, imprescindibles para el trabajo de detalles finos. Ya que el material usado es bronce, generalmente no se necesita herramental de primera clase. De hecho, Hallmark ha sido capaz de estandarizar su biblioteca de herramental, minimizando así el número de herramientas requeridas para ser eficientes. Hammond añade que el taller puede comprar fresas escariadoras de calidad al por mayor para maximizar aún más los ahorros en costos.

Una paleta virtual
Además de las ganancias en eficiencia de mecanizado, el proceso también es significativo para la asociación entre los grabadores manuales de la compañía y los artistas digitales. Siguiendo el grabado en troqueles de magnesio y su escaneado, estos artistas digitales trabajan con diseños en ArtCAM Pro 9. Ayudado por computador, Rick Olsen, grabador senior digital-artístico, es uno de los diseñadores digitales que procesan los cerca de 500 troqueles mensuales que pasan a través del departamento de grabado.

Desde la caja de herramientas simplificada del software CAM, él no sólo modela un espectro de diseños usando las características, sino que también genera patrones de herramientas de manera eficiente, con estrategias de fresado predefinidas. El “Ayudante para grabado inteligente” ha predeterminado tasas de avance y profundidades de corte.

Según Olsen, la mayoría de troqueles no debe ser remecanizada. De hecho, de los 6000 troqueles mecanizados en una base anual, muy pocos serán duplicados. Esto significa que generar los patrones de herramientas correctas en forma oportuna es esencial, ya que no habrá oportunidad de usar el programa nuevamente. Igual de importante es la capacidad de simular cortes antes de hacerlos.

“Somos capaces de simular cualquier patrón de cortador antes de mecanizar con este paquete –comenta Olsen–. Revisamos todo el código G, usando un paquete de verificación separado para ello.”

Coronando logros
Como sólo en el primer año los logros fueron evidentes por los notables ahorros obtenidos en Hallmark con el mecanizado de troqueles, la estrategia de la compañía pagó la inversión. Una gran porción de esos inmensos ahorros puede atribuirse a una ventaja significativa final del nuevo proceso: el ajuste de precisión entre el contador de troqueles.

“Había una varianza notable cuando se producían troqueles con el antiguo método –comenta Hammond–. En el pasado, podíamos gastar horas nivelando los troqueles para lograr uniformidad. Ahora que podemos suministrar a la manufactura herramientas que se ajustan con alta precisión, podemos incrementar las velocidades de las prensas y lograr mejor calidad con menos esfuerzo.”

De hecho, al reducir el tiempo del ciclo completo, la compañía reporta que también puede limitar la extensión en que contrata el mecanizado de sus troqueles. Así, el proceso no sólo hace el mecanizado y el trabajo de la prensa más eficientes, sino que también le brinda a la compañía un mejor tiempo de respuesta y mayor control interno. Eso es ahora algo especial.

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

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