Por qué utilizar el bruñido

En nuestra compañía usamos el bruñido como una alternativa a los otros procesos de mecanizado de agujeros por una gran variedad de razones prácticas, pero también por una importante razón filosófica. Forest City Gear tiene una filosofía para adquirir y retener negocios llamada “Excelencia sin excepción”. Esto se reduce a dar siempre un grado más alto de calidad que el especificado por los planos o las instrucciones del cliente. Obviamente, queremos hacer esto sin adicionar mucho costo o tiempo al trabajo, y en engranajes tipo agujero hemos encontrado que el bruñido automatizado es una forma buena y económica de dar al cliente un control más estricto del tamaño, redondez, rectitud y acabado del agujero. El usuario nota la diferencia en una transmisión más suave, silenciosa y eficiente. A menos que tropecemos en algún otro aspecto del trabajo, tendremos un cliente de vuelta. Otros procesos pueden entregar las mismas ventajas, pero el truco es añadir este valor sin agregar costos finales.

Tipos de engranaje
Los productos principales de Forest City Gear son engranajes personalizados de paso fino y medio, como engranajes internos, estriados, piñones, engranajes rectos y sin fin. Las corridas de parte van desde uno hasta varios cientos de miles. El diámetro exterior máximo es 20” en la mayoría de partes, excepto para los tornillos sin fin (5”) y los engranajes rectos (16”). Los materiales típicos incluyen 12L14, 1215, 4140, 8620, 9310 y varios grados de acero inoxidable, así como aluminio, bronce, cobre, inconel, hastelloy, titanio, polímeros, fibra de madera y metal pulverizado.

Cerca de 30% de nuestro trabajo está relacionado con la industria aeroespacial, 5% a 10% con la médica, 5% con la militar y el resto con la industria o trabajos para instrumentos. Hemos hecho partes para Boeing, Airbus, Cessna y Beechcraft, así como para el transbordador espacial, la estación espacial, los vehículos de exploración en Marte y el tanque Abrams. Hemos producido engranajes para diferentes motocicletas y autos de carreras, así como para una de las pocas cañas de pescar tipo baitcasting hechas en Estados Unidos. Muchas de estas aplicaciones exigen alta capacidad de proceso, para lo cual el bruñido nos da ventajas críticas en control y consistencia. Además, invertimos agresivamente en entrenamiento y en las últimas tecnologías para convertir nuestro taller en uno de los más modernos del mundo.

¿Por qué el bruñido?
Hemos usado el bruñido desde los comienzos de nuestro negocio. Intentamos con el torneado duro, pero tuvimos dificultades para controlar la calidad, especialmente de microacabados. Otro proceso, el rectificado interior (ID), es bueno para engranajes con agujeros más grandes (mayores de 0.75”) y bajas relaciones L:D (0.5:1); sin embargo, nuestro rango de trabajo incluye agujeros de diámetros más pequeños y relativamente profundos. Además, el rectificado interior con L:D de 5:1 o más, puede causar deflexión en el husillo, que exacerba problemas de cono. El bruñido, por otro lado, remueve material más rápido que el rectificado, tan pronto se alcanza una relación L:D de 2:1. Aún continuamos tercerizando partes para rectificado interior, como aquellas con agujeros ciegos, donde los contraagujeros no dejan alivio para las herramientas de bruñido.

Para nuestro propio taller, sin embargo, encontramos que las máquinas de rectificado interior de precisión son más costosas que una bruñidora de igual capacidad. El punto crucial es que la precisión para la rectificadora depende de la capacidad de posicionamiento de la máquina, mientras que la precisión es en su mayoría dependiente de la herramienta con una bruñidora. Los chequeos periódicos, la calibración y la restauración son necesarios para asegurar que las tolerancias de posicionamiento se mantienen estrechas en una rectificadora. En contraste, las herramientas de bruñido resultan sencillas y rígidas. Cuando se desgastan, se reemplazan. Y a diferencia de una rueda de rectificado en el extremo de un eje, la herramienta de bruñido no está sujeta a fuerzas de doblado. El inconveniente radica en que cualquier herramienta de bruñido es apta sólo para un rango muy limitado de diámetros, de modo que se necesitan más herramientas en inventario que con ruedas de rectificado.

Otros dos puntos que vale la pena destacar sobre el rectificado interno y el torneado duro: si una parte resulta con un bruñido un poco más pequeño, se puede reprocesar. Esto es más difícil con el rectificado interno. Además, ningún proceso puede producir el patrón cuadriculado característico del bruñido en la superficie del agujero. Esta es una característica deseable para mantener una película de aceite en engranajes rotativos.

El impacto del control de proceso
Cuando se trabaja con altos requerimientos de Cpk, la elevada resolución del sistema de avance de la herramienta y la naturaleza consistente del proceso, da al bruñido una ventaja real en enfocar y mantener un punto dimensional óptimo. Esto es crítico porque un Cpk más alto significa que la banda de variabilidad alrededor de los valores objetivos tiene que ser reducida. Para propósitos de la regla del pulgar, cuando el objetivo es 1.33 Cpk, apuntamos más o menos a 60% de la tolerancia del plano. Con 1.67 Cpk, el objetivo es 40% de la tolerancia. Así, una tolerancia de 0.0005 en el tamaño del agujero, se reduce a 0.0003 o menos cuando se imponen requerimientos de calidad de seis sigmas. Procesos de fabricación de agujeros como el perforado, el taladrado y el rimado son capaces de mantener buenas tolerancias, pero cuando se impone un alto requerimiento de Cpk, el bruñido tiene la ventaja en control y consistencia. Con el bruñido automático podemos controlar fácilmente tolerancias hasta de 50 millonésimas de pulgada. De hecho, realizamos estudios de capacidad en los cuales hemos logrado niveles de Cpk de dos dígitos cuando se hace el bruñido para el tamaño del agujero.

Produciendo un engranaje con agujero
Uno de nuestros productos clave, engranajes para bombas, comienza como una parte en bruto plana, tipo arandela, hecha en una máquina de tornillo. Estos engranajes operan en una caja de precisión pequeña, de modo que cualquier error perpendicular en un engranaje montado sobre un eje causa tambaleo, pérdida de eficiencia, ruido, más fricción y posibles fugas. Un refrán en la fabricación de engranajes es que un engranaje no puede ser más preciso que la parte en bruto con la que arranca. En un engranaje con agujero, esto significa comenzar con caras paralelas y un agujero redondo y perpendicular, que tiene paredes paralelas y sin ahusamientos o formas acampanadas. Nuestro estándar mínimo es 0.0005” para paralelismo y perpendicularidad, y trabajamos hacia tolerancias más estrechas como las dicta la calidad del engranaje.

Las partes en bruto del engranaje de bomba son rectificadas con doble disco para el paralelismo y ancho de las caras. Luego se vuelven a perforar en un torno automatizado para recalificar la perpendicularidad. Dejamos intencionalmente algo de material en el agujero porque controlamos el tamaño final del diámetro interior y lo acabamos en una bruñidora.

Las partes en bruto para engranajes de bombas generalmente se tallan en barra, agrupadas en un eje según el diámetro del agujero y el ancho de cara de la parte. La falta de un buen paralelismo y perpendicularidad puede introducir un error cuando se corta el engranaje, o forzar una reducción en el número de partes en bruto en el eje, que desgasta la eficiencia de producción.

Los engranajes de bombas tienen, a menudo, un chavetero estándar o un chavetero con agujero ciego que debe alinearse con un diente. Cuando cortamos ese chavetero se genera una ligera rebaba, que el bruñido para dar el tamaño final también nos permite limpiar. Aquí sobresale realmente el bruñido, pues nos permite controlar el tamaño final por debajo de unas pocas micras. Esta clase de control es una ventaja real cuando se trabaja con altos requerimientos Cpk.

Cuándo bruñir
Según los requerimientos para engranajes específicos, bruñimos agujeros de engranajes en varios puntos durante el proceso de manufactura, con tres sistemas diferentes del proveedor de equipos para bruñido Sunnen. Generalmente, las partes son bruñidas después de talladas, pero las partes en bruto –para obtener engranajes con tolerancias extremadamente estrechas– deben ser bruñidas tanto antes como después del tallado. La fijación en las bruñidoras permite cierto grado de control y corrección de la perpendicularidad, en caso de que la necesitemos. Si las partes se tratan térmicamente, son bruñidas después para corregir el ligero encogimiento en el tamaño del agujero. Y si hay alguna operación de galvanizado, retirar un poco del galvanizado del agujero con una bruñidora es más fácil que enmascarar la parte para el galvanizado.

Usamos herramientas de bruñido en CBN y óxido de aluminio en estas máquinas en diferentes configuraciones, dependiendo de si el agujero es ciego, enchavetado, etc. Obtenemos una vida de herramienta de cerca de 250.000 partes, según el material, mientras removemos generalmente 0.0020” a 0.0030” de material en tiempos de ciclo de 15 segundos. Las bruñidoras pueden lograr un acabado superior a 16 micropulgadas. Nuestro más reciente sistema es una máquina vertical totalmente automatizada –Sunnen SV-1005– con una mesa rotativa y manejo automatizado de partes.

Usando las herramientas ‘Krossgrinding’, de Sunnen, esta máquina controla el tamaño del agujero con precisiones hasta de 0,25 micras, con mínima variabilidad. La máquina puede, incluso, hacer correcciones que no son intuitivas para un operador. Características de control como “corregir la forma del agujero”, permiten al operador seleccionar una imagen del agujero ‘problema’ –‘barril’ o ‘ahusamiento’, por ejemplo– para que la máquina corrija automáticamente la parte.

Además de lo que el plano de la parte especifique, todos los clientes prefieren transmisiones más silenciosas, operación más suave, mayor eficiencia y vida útil más larga. Por ello nos esforzamos en dar a los clientes un producto notablemente mejor que uno de la competencia con las mismas especificaciones. Con el bruñido añadimos valor sin agregar costos significativos.

Excelencia sin excepción
Es el término que usamos para describir nuestra fórmula de dar a los clientes buenas experiencias en cualquier interacción con Forest City Gear. Estas son algunas formas clave como implementamos dicha fórmula:

Invertir en nuevos equipos. Decimos que tenemos el taller de fabricación de engranajes más moderno del mundo, e invertimos fuertemente para soportar esa afirmación. Queremos tener la más reciente tecnología, de modo que podamos hacer las cosas que nuestra competencia no puede. El nuevo equipo es discutiblemente más productivo y ayuda a reducir los tiempos totales y los costos. A menudo, también es más preciso. Invertimos entre 25% y 40% de nuestras ventas brutas anualmente en equipos nuevos, dependiendo de nuestro rendimiento anual, y seguimos siendo rentables. Las inversiones agresivas en tecnología también permiten expandir nuestro rango y nos dan capacidades exclusivas, que nos convierten en el proveedor preferido para algunos nichos de mercado.

Estudiar otros talleres. Visitamos talleres de engranajes alrededor del mundo y siempre traemos por lo menos una buena idea para implementar. Hemos estado en talleres de Alemania, Suiza, Suecia, Francia, Taiwan, Nueva Zelanda, China y Japón, por nombrar unos pocos. La mayoría de propietarios de taller se sienten orgullosos de mostrar sus operaciones, y nuestras puertas siempre están abiertas a la competencia. Con frecuencia invitamos a nuestro taller a fabricantes de engranajes en Estados Unidos para mostrar nuestra declaración P&L, lista de clientes y operaciones. No hemos tenido casi respuesta, lo cual es aprensivo para nuestra industria.

Entrenamiento. Presupuestamos de US$100.000 a US$200.000 por año para entrenar un equipo de 42, que cubre a todos los empleados. Cerca de 50% de nuestro equipo ha completado cursos básicos Agma y el objetivo es tenerlos a todos certificados por Agma. Queremos que los empleados entiendan nuestros productos y tecnología y sean capaces de comunicarse inteligentemente con clientes, incluso si sólo atienden un mensaje telefónico. Somos muy activos en Agma –nuestro gerente general alguna vez sirvió como copresidente del Consejo de Educación.

Mejorar. La “mejora continua”, tan antigua como el hombre, es el hilo que une todos los componentes de la “Excelencia sin excepción”. Distinguir a un fabricante en estos días involucra más que buen precio, calidad y entrega. Logramos la certificación AS-9100 hace dos años, aproximadamente. Nuestro representante de calidad es el presidente anterior del Consejo Estadístico de Agma y miembro del Consejo de Pequeños Negocios y Educación. La manufactura esbelta es nuestra próxima meta. Aunque los residuos en nuestro taller son minúsculos, aún vemos potencial para ahorro de costos y reducción en los tiempos totales.

Rotación para encontrar la perpendicularidad
Forest City Gear ideó una inteligente forma de chequear la perpendicularidad funcional en engranajes con agujero. Esta involucra rectificar casi todo el cono fuera de un mandril de torno, para permitir al engranaje ajustarse cómodamente sobre él sin inclinaciones. Con el mandril montado sobre los centros y un indicador en la periferia del engranaje, cualquier error de perpendicularidad se muestra cuando se rota el engranaje. “Creemos que esta verificación rotacional de la perpendicularidad es una prueba mejor de cómo se desempeñará la parte cuando se introduzca en los límites de una caja”, explica Young.