Una solución de torneado para vástagos de bicicletas

Para Straitline Components en Sidney, British Columbia, la diferencia entre las carreras de ciclismo de montaña de rally y descenso de montaña fue la diferencia entre el fresado y el torneado. Introducir un nuevo vástago de bicicleta para una carrera de rally requirió que este pequeño taller y fabricante de componentes para bicicleta invirtiera en un centro de torneado multipropósito de nueve ejes con dos husillos para piezas de trabajo y capacidad de fresado en cinco ejes. El copropietario de la compañía, D.J. Paulson, dice que una gran parte de la inversión ha sido la curva de aprendizaje por la que ha atravesado para ser experto en la máquina y aplicarla efectivamente a la nueva parte de Straitline.

Valió la pena, dice. Mientras que Straitline ciertamente pudo haber mecanizado la parte con su equipo existente —torneándola en un torno CNC y fresándola en un centro de mecanizado—, producirla de esta forma habría significado hacer y usar fijaciones especiales, lo cual añadiría tiempo de alistamiento y también aumentaría el peligro de errores relacionados con el alistamiento.

Aún más crucial, el copropietario Dennis Paulson dice: “Habríamos tenido que hacer fijaciones solo para el prototipo de la parte”. El problema en este último punto es que el diseño de la parte aún está siendo refinado, incluso hoy. Está siendo mejorado en su funcionalidad, economía y manufacturabilidad. Mientras que el centro de torneado es complejo, esa gran complejidad le permite a la máquina entregar procesos simples. Ya que facilita el procesamiento con un solo alistamiento, sin necesidad de fijaciones especiales, la máquina posibilita mejorar el diseño de la parte, incluso durante la producción.

Dos compañías en una

En 2011 la compañía también hace partes con el nombre Straitline Precision Industries. Mientras que Straitline Precision es un taller de trabajos que produce partes de alto valor para industrias como la aeronáutica, Straitline Components es el nombre de la marca con la que este taller hace y mercadea partes de bicicletas. Este último negocio surgió por el propio interés del equipo en ciclismo de montaña.

El equipo es pequeño. Rara vez hay más de tres empleados en el piso de producción de este taller en cualquier momento. Para hacer el mejor uso posible de la mínima mano de obra, el taller invierte en automatización —y de hecho, invierte fuerte en ella— y en el uso de un HMC con pallet y un VMC cargado por robot de Straitline. Ambas máquinas continúan operando desatendidas, haciendo partes por muchas horas durante la mayoría de días de trabajo. La máquina multipropósito es la última pieza de equipo que se espera operará varios ciclos en secuencia. Una longitud de 6 pies de barra de material en esta máquina es suficiente para producir 16 de los vástagos para rally antes de que un miembro del equipo tenga que cargar otra barra.

El nuevo vástago es un diseño Amp de Straitline. El vástago es parte de una bicicleta que conecta el manubrio al tubo de dirección. Un vástago más largo sostiene el manubrio más adelante en la bicicleta, que da al ciclista más espacio para inclinarse hacia adelante. En descenso de montaña o ciclismo libre, un vástago más corto es mejor porque le permite al ciclista inclinarse hacia atrás. Para el ciclismo de rally, un vástago como el Amp puede dejar al ciclista inclinarse hacia adelante para aumentar la potencia mientras pedalea subiendo montañas.

Una de las fotos muestra la parte mecanizada principal del vástago Amp junto con la misma parte de un diseño de vástago anterior. Como muestra la comparación, el vástago más corto puede procesarse exclusivamente en un centro de mecanizado. El vástago Amp, con su espiga cilíndrica, es una parte torneada.

Llevando a la operación deseada

El centro de torneado escogido por Straitline es un Doosan MX2100ST. La máquina satisface los requerimientos de Straitline de varias formas. Por un lado, puede alimentar barras cuadradas de material de 2 pulgadas. Mecanizar los vástagos de aluminio 7075 a partir de barras cuadradas en lugar de barras redondas ahorra material. Además, mecanizar partes en dos husillos opuestos al tiempo reduce el tiempo de ciclo. La máquina Doosan ofrece una torreta inferior que realiza torneado y fresado, mientras que un husillo de fresado separado pivotea para realizar fresados en ángulo o contorneados. Tanto la torreta como el husillo pueden mecanizar partes en cualquier husillo de la pieza de trabajo. El eje B del husillo de fresado más el eje C en cualquiera de los husillos de la pieza de trabajo posibilita el mecanizado en cinco ejes.

D.J. Paulson tomó el liderazgo al volverse experto con la nueva máquina. Dice que usar la máquina como su dueño (y no como un empleado) puede en realidad haber hecho el aprendizaje más difícil, debido al cuidado extra que ejerció. Antes, por el temor de algún movimiento mal programado que impactara dos de los nueve ejes, él pensaba cuidadosamente cada movimiento y alimentaba la máquina con suavidad y prudencia.

La falta de tiempo probó ser su mayor reto. Convertirse en un experto en la máquina y diseñar los procesos para hacer los vástagos probablemente habría requerido no más de seis semanas. Eso incluye acostumbrarse a la programación de operaciones sincronizadas en el software CAM del taller, Delcam FeatureCAM, así como el tiempo para probar y refinar el posprocesador de la máquina. Sin embargo, el taller estuvo tan ocupado que él no pudo disponer de seis semanas para prestarle a esta máquina su principal atención.

En lugar de eso, un mes y medio de atención se extendió a cinco meses. Durante todo este tiempo, la nueva máquina estuvo subproduciendo porque Straitline aún no la controlaba por completo.

Una parte de un cliente forzó finalmente la situación. Un trabajo por contrato para la industria aeronáutica involucró una parte con superficies fresadas en varios ángulos. Producir la compleja parte en el Doosan le dio a D.J. la oportunidad de ascender en la curva de aprendizaje, para que Straitline comenzara a tener éxito con su nueva máquina.
Infortunadamente, otros aspectos de la curva de aprendizaje no tenían nada que ver con la máquina o el software, sino que se relacionaban con los retos de la nueva parte de vástago.

Sujeción interior

Las operaciones de mecanizado en el husillo secundario fueron el área de dificultad, dice D.J. El vástago no es solo un conector de elementos físicos, sino también parte de la apariencia de la bicicleta, y un ciclista probablemente escoja un vástago por su apariencia estética. El proceso de Straitline involucra el mecanizado de la superficie exterior terminada de la parte en el husillo principal. Luego, sujetar el diámetro exterior en el husillo secundario podría distorsionar la parte y dañaría casi con seguridad la atractiva superficie.

Pero sujetarla desde el interior no le daba suficiente rigidez, dice D.J. Un problema era el ligero cono interior de la parte, el cual requería que los dedos del mandril tuvieran el mismo perfil cónico. Otro era la tendencia de los dedos del mandril a la deflexión. Esto lo llevó a crear dedos precargados que se deflactaran alineados con la superficie interna de la parte. Incluso con estos pasos, la parte tendía a deslizarse. “Era un misterio”, dice.

Lo peor de todo: el deslizamiento a menudo era tan sutil que no mostraba un defecto claro y obvio. Solo un ligero deslizamiento durante el mecanizado llevaría a que el agujero del manubrio y el tubo de dirección perdieran levemente su perpendicularidad —un error que aún tendría que detectarse porque afectaría la alineación de la barra del manubrio.

La solución fue descubierta a miles de millas de distancia, en el International Manufacturing Technology Show (IMTS) en Chicago el pasado septiembre. En su día final en IMTS, los hermanos hacían una visita relámpago al pabellón de Herramental y Sujeción de Piezas, donde encontraron los recubrimientos de metal Carbinite, una compañía que añade recubrimientos en aleación de tungsteno a los componentes de sujeción de trabajos para incrementar su agarre. Poco después de regresar a casa, D.J. envió los sujetadores ID a Carbinite para recibir este recubrimiento. Tan pronto como regresaron los sujetadores y él los reinstaló en el mandril —alineándolos con el uso de una parte de vástago de muestra— fue claro que la superficie recubierta resolvería el problema. D.J. intentó girar el vástago en los sujetadores mediante torque con una llave de manija larga, solo para mover la parte, el mandril y el husillo al tiempo.

Los hermanos encontraron otra mejora al proceso de mecanizado de los vástagos en IMTS. Una herramienta de perforación de Criterion Machine Works que puede mantenerse en un mandril de boquilla en el husillo de fresado y es precisamente del tamaño correcto para el agujero mecanizado en el husillo secundario. Implementar esta herramienta ahorró tiempo de ciclo y mejoró la precisión al permitirle al taller librarse del fresado helicoidal para este agujero.

Oportunidad

Ahora Straitline ha subido mucho en su curva de aprendizaje con la nueva máquina multipropósito. La vista desde esta posición es espaciosa. La demanda esperada para el vástago Amp es de 6.000 piezas al año —un volumen de producción que pagará el centro de torneado sin saturarlo—. La capacidad remanente abrirá puertas a oportunidades, dicen los hermanos, porque Sidney es lo suficientemente remota y no hay muchas otras máquinas como esta que se encuentren en los talleres cercanos. Ya el taller se está encontrando a sí mismo con el uso de la máquina para entregar rápidamente lo que Dennis llama “trabajos de lotes pequeños, tolerancias estrechas y ángulos extraños”.

Y hay multitud de trabajos como estos allá afuera, dice. Al equipar el lado de componentes de bicicleta de su negocio, Straitline dotó el sector del taller de trabajos de su negocio para seguir adelante.