Ford se beneficia del MQL en diferentes formas

La planta de transmisión Van Dyke, de Ford, implementó la lubricación con cantidades mínimas (MQL por sus siglas en inglés), por las mismas razones principales que lo han hecho otros fabricantes. MQL disminuye costos de mecanizado al eliminar no sólo el gran volumen de refrigerante usado en operaciones húmedas convencionales, sino también todo el equipo auxiliar y la potencia eléctrica necesaria para mantener un gran sistema central de refrigeración. MQL crea, además, un ambiente de manufactura más limpio y seguro, lo cual beneficia la salud tanto del equipo usado en el taller de trabajo, como de los empleados que trabajan allí.

Sospecho, sin embargo, que la planta de Sterling Heights, Michigan, no se había percatado que cambiar la forma de refrigerar y lubricar la herramienta de corte y la pieza de trabajo durante el mecanizado, tendría un efecto tan impactante y en cadena para su proceso de manufactura a gran escala, más allá de las ventajas mencionadas. Cambiar a MQL con el fin de mecanizar tres tipos de componentes de aluminio para la línea 6F de transmisiones de potencia a la rueda delantera, ha aumentado finalmente la flexibilidad y eficiencia de la planta y le ha permitido adaptarse con mayor rapidez a las cambiantes demandas del mercado de hoy para diferentes tipos de vehículos. También llevó el mecanizado “hacia el espacio abierto”, de modo que pudo localizarse más cerca del área de ensamble de transmisiones y minimizar el desgastante recorrido de las partes a lo largo de las facilidades.

Afortunadamente para mí, tuve la oportunidad de ver cómo la organizada planta de Van Dyke utiliza los beneficios del MQL durante una visita este verano. Allí observé que los esfuerzos en MQL de la planta han madurado en los años pasados, y que se ha vuelto más experta en el mecanizado casi en seco.

La tecnología del MQL
En pocas palabras, el MQL da una cantidad muy pequeña de refrigerante al filo de corte en forma de una niebla de aceite o aerosol, en oposición a las técnicas tradicionales de inundar la pieza de trabajo y la herramienta con un volumen sustancial de refrigerante líquido. Sólo una pequeña cantidad de ese aerosol se deja en las virutas, la pieza de trabajo y la máquina durante la operación de corte. Sin embargo, es nada parecido a lo que pasa cuando el corte está inundado en refrigerante.

Van Dyke no fue la primera planta de transmisión Ford en implementar esta solución alternativa para refrigeración. En 2002, la planta de Livonia, Michigan, comenzó a probar el mecanizado con MQL en cuerpos intrincados de válvulas, que servían como centros de control hidráulico para transmisiones automáticas, tales como las 6F de seis velocidades. Las pruebas concluyeron que los cuerpos de válvulas mecanizadas con MQL podían ser producidas en o sobre especificación de precisión y acabado, de modo que la planta siguió adelante e instaló una celda consistente en HMC de motor lineal MAG Powertrain ExCell-O XHC 241. En ese tiempo, las máquinas de cuatro ejes ofrecían para la planta el sistema de MQL más avanzado disponible. La instalación de esas máquinas, diseñadas para entregar refrigerante en aerosol a través del husillo y la herramienta, se completó en 2005. Una celda casi idéntica fue instalada posteriormente en Van Dyke en 2006. Las máquinas en ambas plantas (166 en total con MQL) son alimentadas por robots gantry, mientras que se usan bandas para transportar los cuerpos de válvulas de aluminio, las carcasas frontales y las cajas de convertidor, en el interior, por fuera y hacia las celdas.

En 2007, la planta Van Dyke instaló su segunda celda MQL. Esta celda de segunda generación usa 54 HMCs Specht 500D, de MAG Powertrain, y permite a la planta lograr aún más beneficios del mecanizado casi en seco (tocaré esto más adelante). Ello se debe en parte a elementos de diseño de máquina acoplados específicamente al mecanizado MQL, que vale la pena mencionar aquí.

Cada máquina Specht tiene un sistema preciso de dosificación integrado en su caja de husillo motorizado para permitir una entrega efectiva del aerosol a través de las herramientas. El CNC de la máquina se comunica directamente con el subsistema MQL para ajustar una válvula dosificadora y entregar la cantidad apropiada de lubricante con la duración adecuada para una operación particular (específicamente, un parámetro en el programa de parte varía la cantidad y duración de cada entrega de lubricante). El lubricante se combina con aire para formar una mezcla deseada en aerosol de aire/aceite, y el aerosol se envía al filo de corte a través de ductos en la herramienta. El aerosol se apaga cuando la herramienta no está cortando, de modo que el aceite no se recoge en la pieza de trabajo o en las superficies de la máquina.

Estas máquinas también permiten un manejo efectivo de viruta. Después de una operación de corte, el diseño trunion en el eje A de la máquina permite que la mesa se incline y las virutas abandonen la parte y la fijación. Unas paredes más inclinadas, a 55 grados, en el interior de la máquina, ayudan a que las virutas casi secas caigan en un chorro de aire de expulsión. Un ambiente de mecanizado cerrado, mantenido a presión de aire negativa, permite que la corriente de aire se lleve las virutas y cualquier niebla de aceite fuera de la máquina y a través de un sistema de centrifugado y filtrado diseñado por Handte. Las virutas secas salen de este sistema y se recolectan en una tolva a un lado de cada máquina, mientras que el aire limpio, con calidad de oficina, se retorna a la planta.

Beneficios del MQL específicos y significativos
MQL ha dado beneficios a partir de su adopción en Van Dyke. Desde una perspectiva de costo total de adquisición, la cual considera costo de máquina, tiempo muerto, mantenimiento, área ocupada, uso de electricidad, manejo de refrigerante y factores relacionados, MQL ha mostrado 13% de mejora versus operaciones húmedas comparables. En cuanto al impacto ambiental, MQL ha sido un factor clave en los exitosos esfuerzos de la planta para no entregar subproductos de manufactura de desecho. Pero consideremos otras interesantes formas en que la planta Van Dyke se ha beneficiado por implementar su estrategia MQL.

Los sensores, interruptores y la electrónica duran mucho más. La automatización, un componente clave de los procesos de mecanizado de la planta Van Dyke, confía en interruptores, servos y otros elementos electrónicos que se afectan en ambientes húmedos. Desde la implementación del MQL, la planta ha visto una reducción notoria en fallas tediosas, porque no hay refrigerante que encuentre la forma de llegar a los componentes electrónicos. Esto último lleva a un mejor tiempo de servicio del sistema, vital para cualquier fabricante de alta producción. El tiempo de servicio para sistemas de transferencia húmedos tradicionales era típicamente de 50% a 60%, mientras que las celdas MQL están entregando tiempos en servicio del rango de 80% a 90%. Además, las bandas transportadoras que llevan las partes dentro y fuera de las celdas no necesitan más bandejas recolectoras debajo de ellas, porque no hay refrigerante que gotee de las partes mecanizadas con MQL que se transportan. En operaciones húmedas, el refrigerante dejado en las bandejas recolectoras de las bandas transportadoras por un largo período, puede adquirir mal olor y mal aspecto.

Los CMM, puestos en el taller como parte de la primera iteración del MQL en Livonia, fueron bienvenidos en el taller sin encerramiento. En ese tiempo se tomó la decisión de encerrar las unidades y aislarlas en un ambiente controlado. Gracias a la limpieza inherente del MQL y a las facilidades con temperatura controlada de la planta de Van Dyke, los CMM están ubicados en el taller sin encerramientos, lo cual reduce los costos de instalación y permite que los CMM se ubiquen más cerca de las máquinas.

Las virutas de aluminio van directo al reciclador, ya que las virutas producidas con operaciones MQL son entregadas a la tolva de cada máquina, secas en esencia; se elimina así la necesidad de operaciones de recuperación, dispendiosas y costosas, para separar el refrigerante de la viruta. Ahora las virutas pueden retirarse de la tolva de cada máquina y recolectarse para ser entregadas directamente al reciclador.

El MQL secunda los esfuerzos de la planta para tener un taller plano. Los sistemas de mecanizado húmedos implican un número de requerimientos en facilidades. Las instalaciones de soporte no sólo necesitan proveer refrigerante (mediante un gran sistema de refrigeración autónomo y, o, uno central), también deben retirar y, o, contener el refrigerante. Esto varía desde sistemas de drenaje en el piso con un mínimo de ingeniería para contener los derrames, hasta largos y profundos diques (o canales) cortados en los cimientos para contención y salida de la viruta/refrigerante de la celda. Ya que las máquinas MQL son esencialmente autocontenidas, no hay necesidad de crear exclusivos sistemas de drenaje y canales.

El ensamble de la transmisión puede estar cerca de las celdas de mecanizado. Las operaciones de mecanizado húmedo han sido normalmente puestas en cuarentena en algún área apartada de las instalaciones, quizás incluso cerrada, para que no se contamine el ensamble de la transmisión. Esa idea siguió cuando la planta instaló su primera celda MQL, pero ahora ya no es necesario. La segunda celda MQL está ubicada afuera, en el espacio abierto y muy cerca del área de ensamble de la planta. De hecho, el único elemento físico que separa el mecanizado y el ensamble es un área de almacenamiento temporal de componentes mecanizados.

Traer el mecanizado cerca al ensamble de esta forma reduce en gran manera los innecesarios recorridos de parte a lo largo de las instalaciones. También permite un control de inventario más estricto porque el área de almacenamiento temporal, con su juego de bandejas de almacenamiento, actúa como un supermercado de manufactura esbelta que alimenta el ensamble. La posibilidad de sobreproducir y ser víctima de residuos de fábrica escondidos se ha reducido enormemente.

Lecciones aprendidas
El equipo de Van Dyke se enfrentó a una curva de aprendizaje inherente cuando decidió cambiar de las operaciones de mecanizado húmedo a MQL. Por ejemplo, cuando usted inunda siempre una zona de trabajo con un gran volumen de refrigerante durante el mecanizado, hay una tendencia natural a creer que más aceite es mejor con el MQL. En muchos casos, sin embargo, el equipo aprendió que menos es mejor en este respecto.

Las operaciones de mecanizado MQL en la planta incluyen taladrado, fresado, perforado, rimado y roscado. La cantidad de aceite usado para operaciones específicas es diferente y depende en gran medida del diámetro de la herramienta y sus avances y velocidades. Los cortes más ligeros, tales como las operaciones de perforado en el agujero del cuerpo de válvulas de carrete, no requieren mucho aceite. De hecho, las operaciones de fresado se realizan a menudo completamente en seco. Por otro lado, las de taladrado y roscado requieren más aceite porque la alta fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo genera más calor.

Van Dyke no ahorra en cortadores para MQL, tampoco. Usa principalmente herramientas de última tecnología de Emuge, Guhring, Mapal y Unimerco. Esto les permite a las máquinas operar tan rápido o más con MQL de lo que operarían en las operaciones tradicionales con inundación de refrigerante, mientras se hacen productos con tolerancias excepcionalmente estrechas. Por ejemplo, los agujeros en el cuerpo de válvulas de carrete se hacen con precisiones de micras, y los procesos MQL han probado su capacidad para producir consistentemente a ese grado de precisión.

La planta también ha adaptado nuevas operaciones de mecanizado para usar con MQL. Un ejemplo es una operación para dar forma a ranuras de engranaje en cajas de convertidores, que usa herramientas para dar forma con geometrías convencionales. Si no se hubiera desarrollado este proceso, las cajas de los convertidores habrían tenido que entregarse luego de la celda MQL para un mecanizado en húmedo de las ranuras. Ahora, todas las operaciones de mecanizado se desarrollan en el interior de la celda.

Otra diferencia notable entre los primeros sistemas MQL implementados y la celda MQL de última generación en la planta Van Dyke es que el nuevo equipo está ubicado en un área de temperatura controlada para ayudar a la estabilidad térmica de la máquina. Esto va mano a mano con el sistema de compensación de temperatura en tiempo real en cada máquina Specth, que monitorea constantemente las temperaturas de la máquina, la parte y el ambiente, para ayudar a mantener la consistencia y precisión. Estos son factores importantes cuando usted considera las amplias fluctuaciones de temperatura que ocurren en Michigan. Por supuesto, el personal allí también aprecia el confortable ambiente de trabajo.

Otros esfuerzos en MQL de Ford
Al notar cómo los programas de transmisión se han beneficiado del MQL, Ford está investigando cómo podría implementar MQL para la producción de componentes de motores. Usar el MQL para materiales ferrosos requiere diferentes estrategias, pero el trabajo base adelantado por las plantas de transmisión de la compañía, ayudará a que el área de trenes de transmisión del negocio se suba rápidamente en el MQL.

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