Industria 4.0: sensores para herramientas de corte

Metalmecánica Internacional invitó a algunos de los proveedores más reconocidos en este sector para indagar cuáles son los avances que han hecho en materia de “herramientas inteligentes”, un concepto que se enmarca dentro de la creciente tendencia de Industria 4.0 y que busca, entre otras mejoras, controlar el ciclo de vida de la herramienta de corte, digitalizar y poner a disposición de cualquier persona los datos cruciales del proceso de mecanizado, y abrir una conversación fluida entre máquinas, herramientas y operarios.

La industria demanda nuevos desarrollos y caracterí­sticas para controlar el ciclo de vida de las herramientas de corte. ¿Tienen algún avance en ese campo?

Los requerimientos de nuestros clientes son más demandantes que en el pasado. Los objetivos del cliente como mayor productividad, eficiencia y reducción de costos requieren de un cambio en nuestra mentalidad. El cambio desde un producto a un producto inteligente les concierne a todos los proveedores en nuestro negocio. Por esta razón estamos trabajando en muchas y diferentes soluciones para crear herramientas inteligentes conectadas, por ejemplo:

• Tool-ID: la idea detrás de esto es hacer a la herramienta identificable de manera única. Esto nos permite asignar información digital a la herramienta fí­sica. En la práctica usamos esta solución para transferir automáticamente la información dimensional de la herramienta ensamblada a la máquina. También tenemos la posibilidad de hacer seguimiento a la vida de la herramienta y a las razones de cambio de la herramienta durante el proceso de mecanizado. Esta función permite controlar el desempeño de las herramientas. Es posible rastrear todas las herramientas en la planta.
• iCut: este software de control de avance adaptativo optimiza el proceso de mecanizado. Sensores dentro de la máquina monitorean los parámetros de mecanizado. Si el software reconoce que la fuerza de corte es demasiado grande, ajustará automáticamente los parámetros de corte para proteger la herramienta.

Nuestro proyecto más nuevo es desarrollar una herramienta con sensores integrados. Con la cooperación de una universidad que se especializa en este tema, nuestra meta es producir una herramienta que pueda interactuar independientemente con la máquina. Esta es la forma de automatizar la producción.

 

Haimer ha creado Safe-Lock el primer sistema especí­ficamente diseñado para prevenir el micro-creep (n-e relacionado con rotar y extraer la herramienta de corte del portaherramientas) y así­ favorecer el corte de alto desempeño. El desarrollo del Safe-Lock puede ser atribuido a las crecientes demandas en el mecanizado de trabajo pesado, común en la industria aeroespacial y de moldes y matrices. Materiales avanzados, tales como varias aleaciones de titanio, no solo son ligeros, sino que también poseen una alta resistencia mecánica y a la corrosión y son difí­ciles de mecanizar.

Hasta ahora, con la falta de alternativas, muchos usuarios han tenido que recurrir a los convencionales portaherramientas tipo Weldon, cuyos tornillos de sujeción brindan un bloqueo positivo; sin embargo, estos portaherramientas tipo Weldon también traen consigo muchas desventajas ya conocidas. Primero, la naturaleza de la sujeción por un solo lado con un juego de tornillos crea un problema obvio de concentricidad. Al aplicarse la fuerza cerca del extremo del vástago, causa que la herramienta se mueva en la dirección opuesta; por lo tanto ocurre una desalineación que disminuye la vida de la herramienta y la precisión dimensional. Segundo, el tornillo a un lado del sujetador acoplado con la herramienta de corte sin un contra peso del otro lado provoca un problema de desbalanceo.

Estas desventajas incluyen desalineación radial provocando vibraciones, mala sujeción y malas propiedades de balanceo debido a la superficie de sujeción a un solo lado. Una combinación de desbalanceo y desalineación radial lleva a una dramática reducción de la vida para herramientas de corte de alto desempeño, las cuales son generalmente más costosas.

El sistema Safe-Lock combate el micro-creep con su diseño patentado. El principio del Safe-Lock es el siguiente: ranuras con forma de espiral se integran en los correspondientes pernos de accionamiento de carburo en el portaherramientas, combinando fuerza de sujeción friccional y bloqueo positivo, eliminando efectivamente el micro-creep. Esto permite trabajar con profundidades de corte y avances superiores y duplica los ritmos de remoción de material al permitir cortes a mayores RPM. Adicionalmente, el diseño naturalmente concéntrico y balanceado, único de este sistema, provee una mayor precisión en la concentricidad, disminuyendo significativamente el desgaste de la herramienta.

Sandvik Coromant anunció en IMTS 2016 una nueva herramienta llamada CoroPlus. A parte de ser un nuevo producto, CoroPlus representa un concepto de plataforma que le llamamos “Connected Solutions” que ha sido introducido o ha sido planeado para el lanzamiento al mercado en los próximos años.

La plataforma CoroPlus fue diseñada para incrementar el flujo de valor en tres áreas principales de enfoque: la primera área se llama "Design and planning connectivity". Este es el área de trabajo que se hace antes de conseguir un proyecto en las maquinas del cliente. Incluye cosas como el desarrollo de la estrategia de mecanizado, planificación de procesos y programación CAM, es decir, cualquier función que hagamos para preparar el trabajo para entrar en las máquinas. En esta área nuestro objetivo inicial es simplificar el proceso de acceso a la información de herramientas y recomendaciones de condiciones de corte, integrándolo en sus soluciones de software existentes. Esto trae gran eficiencia-beneficios, por ejemplo, en la programación CAM.

La segunda área se denomina "In-Machining Connectivity". Obviamente, este es el área que se centra en las actividades de mecanizado reales y el objetivo aquí­ es utilizar herramientas de corte equipadas con sensores que ofrecerán nuevas perspectivas para el proceso de mecanizado con datos de inteligencia recogidos en vivo desde el mecanizado. Esto se ve reforzado por las soluciones que pueden recopilar y distribuir datos a los paneles en el sitio o utilizando la nube. La comunicación va en ambas direcciones, con soluciones para ajustes remotos de las herramientas por interfaces digitales.

La tercera área se llama "Advanced Machining Analytics". Esta es un área realmente importante que nos permite hacer algo con los datos a los que podemos acceder en el proceso de mecanizado, además de otras áreas del flujo de valor. El objetivo es crear algoritmos y modelos de análisis que aprovechen el profundo conocimiento que tenemos de los procesos de corte de metal, mecanizado y procesos de manufactura para facilitar el acceso de nuestros clientes. Sin esto, la plataforma realmente no está completa porque si no hacemos nada con todos los nuevos datos que ahora podemos acceder, entonces los beneficios de la fabricación digital nunca se realizarán.

¿Podrí­a compartir con nuestros lectores algún ejemplo de cómo su compañí­a está ayudando a los talleres de mecanizado a sacar provecho de estas herramientas inteligentes?

Actualmente hemos implementado la solución Tool-ID en una de las compañí­as automotrices más famosas en Alemania. En este proyecto equipamos 45 máquinas con Tool-ID. Antes de la instalación en su área de producción, transferir la información de compensación de una herramienta a la máquina requerí­a un tiempo considerable.
 
Su proceso estándar era preajustar la herramienta ensamblada e imprimir los datos de compensación en una pequeña etiqueta. Luego la información se introducí­a manualmente a la máquina. Esto toma demasiado tiempo y es posible ingresar información incorrecta. En el peor de los casos podrí­a llevar a una colisión de la máquina. Este es aún el proceso estándar en la mayorí­a de las compañí­as hoy. Por esta razón empezamos a crear una solución digital para transferir la información de la herramienta.

Nuestra solución de transferencia de herramienta digital, Tool-ID, ahorró entre 30 y 40% del tiempo de alistamiento de la herramienta. Incrementó su eficiencia a la vez que ahorró mucho papel. En el pasado hací­an seguimiento a cada herramienta en listas de papel que contení­an toda la información. Con nuestro software, podemos rastrear automáticamente toda esta información. En resumen: simplificamos su proceso.

Más y más operarios están pasando al sistema Safe-Lock para prevenir el micro-creep en aplicaciones de fresado trocoidal y de desbaste. Glí¤tzer, un especialista en mecanizado CNC en la industria automotriz, estaba teniendo problemas con una orden de producción de partes para frenos de disco de camiones. Fresar contornos cóncavos creaba un contacto extremo y las fuerzas de corte estaban causando que la herramienta se desprendiera del portaherramientas. La producción marchó a toda su capacidad pero la salida fue demasiado lenta como para ser rentable. La herramienta de corte que Glí¤tzer estaba usando representaba un cuello de botella en la producción. Después de un año probando todas las soluciones disponibles y mucho dinero, tanto invertido como perdido, el gerente de operaciones de Glí¤tzer leyó sobre Safe-Lock en una publicación.

El gerente de operaciones de Glí¤tzer afirmó que “Haimer fue capaz de desarrollar un sistema que combinaba el excelente descentramiento de sus mandriles de encogimiento con protección antideslizamiento, garantizando así­ la confiabilidad del proceso”. Incluso trabajadores experimentados de Glí¤tzer no podí­an creer las nuevas posibilidades al usar este sistema. Los datos de corte mejoraron significativamente.

Gracias al sistema de sujeción positivo y friccional, Glí¤tzer Company fue capaz de alcanzar un nuevo nivel de productividad. La incorporación de Safe-Lock con tecnologí­a de ajuste por contracción significó que el cliente también se beneficiara de las caracterí­sticas de precisión y balanceo de este chuck. Finalmente, las tasas de remoción de material mejoraron significativamente por la optimización en la evacuación de la viruta provista por el sistema de suministro de refrigerante Cool Flash. La combinación de precisión y eficiencia llevó a una mayor productividad y a un incremento de 40% en la vida de la herramienta.

El Sistema Safe-Lock de Haimer se está convirtiendo en la solución anti-desprendimiento para los fabricantes alrededor del mundo. Haimer tiene una lista creciente de socios con licencia para Safe-Lock, incluyendo Data Flute, Emuge Franken, Helical, Kennametal, MAPAL, Melin Tool, Niagara Cutter, OSG, Sandvik Coromant, Seco, SGS, Sumitomo, Walter Tools y Widia. El sistema está integrado y disponible tanto en portaherramientas de ajuste por contracción como en mandiles de pinzas, en una variedad de tamaños y configuraciones cónicas.