El siguiente paso hacia la producción automatizada

Un estudio de la universidad china de Beihang en el International Journal of Production Research relaciona directamente el mantenimiento predictivo con la calidad de los productos. Pero, ¿cómo es posible combinar la predictibilidad y la excelencia de las operaciones de torneado de acero con menos trabajadores en el taller o en producciones sin mano de obra? Elegir las herramientas correctas, acompañadas de procesos probados, son esenciales para garantizar la calidad del componente.

Mientras las investigaciones de la Universidad de Beihang subrayan “la fuerte relación entre la estrategia de mantenimiento, la planificación de la producción y la calidad”, Sandvik Coromant también ha sido testigo de la creciente tendencia entre los fabricantes de máquinas-herramienta de incorporar los sistemas de control de procesos en sus máquinas de CNC modernas.

El reciente Informe sobre fábricas digitales 2020 de Pricewaterhouse Coopers (PwC) recomienda que las empresas tomen decisiones más estratégicas gracias al análisis predictivo y el aprendizaje automático", y el 98% de los fabricantes incluidos en ese informe dijeron esperar incrementar su eficiencia a través del mantenimiento predictivo. Actualmente, se espera que el mercado mundial de supervisión de la producción ascienda de 4 mil millones de dólares en 2018 a 6,4 mil millones para 2023, una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) del 9,8%, según Markets and Markets.

En línea con estas tendencias, la predictibilidad también ha ido cobrando importancia en el torneado moderno de componentes de acero. Esto coincide con el descenso progresivo de la supervisión personal como resultado de los nuevos requisitos de distanciamiento social en las fábricas. Es evidente que la producción automatizada es el futuro; pero esto es imposible sin la capacidad de detectar el desgaste de la herramienta y evitar roturas repentinas de las mismas.

Los cambios de plaquita frecuentes, la interrupción de la producción y no encontrar la plaquita correcta para cada aplicación o material son situaciones que consumen mucho tiempo en la producción contemporánea.

Los factores que pueden impedir que los fabricantes de componentes de acero alcancen el número deseado de piezas por turno son múltiples, entre ellos las propiedades de resistencia al desgaste de la herramienta. Esto es especialmente cierto en el área de aplicación ISO P15 e P25. ISO P15 e P25 hacen referencia a los requisitos que las diferentes condiciones de trabajo imponen a los parámetros de mecanizado. Esto incluye datos de corte, acabado superficial, gran profundidad de corte, superficies mecanizadas o desbastadas y cortes continuos o interrumpidos.

Es en esta área de aplicación en la que las plaquitas de metal duro con una excelente resistencia al desgaste son vitales para contribuir a la producción sin personal e incluso totalmente automatizada.

Pero, ¿a qué nos referimos con resistencia al desgaste? Hay diferentes tipos. Por ejemplo, la resistencia a la rotura es fundamental, al igual que un filo capaz de resistir la deformación plástica inducida por las temperaturas extremas. Además, el recubrimiento de la plaquita debe ser capaz de prevenir el desgaste en incidencia, el desgaste en cráter y el filo de aportación. Es de crucial importancia que el recubrimiento se adhiera al sustrato. Si el recubrimiento no es capaz de pegarse, se expone el sustrato, lo que puede resultar en un fallo acelerado.

Para evitar este tipo de desgaste, la clave es limitar el desgaste continuo controlado y eliminar el desgaste discontinuo descontrolado. Esto no es una tarea sencilla, dada la actual tendencia de mecanizado con supervisión limitada, ya sea humana o digital; pero son varias las tecnologías que pueden ser ventajosas. A menudo se habla de mantenimiento predictivo y preventivo, al igual que del software inteligente y los sensores capaces de ser los ojos y oídos virtuales de una máquina y prestar apoyo con buenas recomendaciones adaptadas al deterioro de la herramienta.

Ha quedado claro que podemos mejorar el desgaste gracias a los sensores, pero ¿y a través de las herramientas optimizadas?

Al elegir una plaquita que rinda mejor, la calidad ideal es la que limita el desarrollo de los tipos de desgaste no deseados y —en algunas operaciones— previene totalmente su desarrollo. El desgaste predecible es especialmente útil en producciones sin personal o plenamente automatizadas.

Para lograr un desgaste mínimo, es de vital importancia seleccionar la plaquita de metal duro correcta, capaz de ofrecer un rendimiento consistente y predecible. Este es el motivo por el que Sandvik Coromant ha introducido una pareja de nuevas calidades de metal duro para torneado de materiales ISO P en su gama, GC4415 y GC4425, diseñadas para ofrecer una resistencia al desgaste, resistencia térmica y tenacidad optimizadas.

Ambas calidades son ideales para mecanizar en aceros de baja aleación y no aleados. Son capaces de mecanizar gran cantidad de piezas y ampliar la vida útil de la herramienta tanto en reglajes de producción en serie como por lotes.

Las calidades GC4415 y GC4425 —que, como su nombre indica, hacen referencia a P15 y P25— cuentan con la segunda generación de la tecnología Inveio. Inveio es la orientación unidireccional del cristal en la capa de alúmina del recubrimiento, cuyas exclusivas propiedades pueden verse a través del microscopio.

Cada cristal del recubrimiento de alúmina está alineado en la misma dirección, lo que crea una resistente barrera en la zona de corte. La orientación del cristal ha sido mejorada considerablemente con el recubrimiento Inveio de segunda generación. Esto ofrece a la plaquita incluso mayor resistencia al desgaste y mayor duración de la herramienta; y puede ayudar con el desgaste predecible.

GC4415 y GC4425 ya han ofrecido grandes beneficios a los clientes de Sandvik Coromant. Es más, al compararla con una plaquita de la competencia, la calidad GC4425 logró mayor vida útil, con 270 piezas, frente a 150 piezas.

Otra prueba comparativa, realizada por un cliente de ingeniería general en EE UU, comparó el rendimiento de GC4415 con el de una plaquita de metal duro de la competencia. Ambas plaquitas se usaron para procesos de torneado de producciones por lotes y semiacabado en piezas de acero 330HB, y la herramienta se cambió al generar un acabado superficial deficiente. En ambos casos se utilizó emulsión de refrigerante.

Los resultados no dejan lugar a dudas. Con la plaquita GC4415, el cliente logró hasta doblar los parámetros de sus datos de corte. Esto supuso una velocidad de corte (vc) de 280 m/min con GC4415 frente a los 200 m/min (656 ft/min) con la herramienta de la competencia; y una velocidad de avance (fn) de 0,15 mm/rev frente a 0,1 mm/rev.

El cliente pudo incrementar considerablemente la vida útil de la herramienta y su productividad. En líneas generales, la plaquita GC4415 de Sandvik Coromant con tecnología Inveio produjo el doble de piezas, 80, antes de presentar señales de desgaste frente a las 40 piezas de la otra herramienta. Esto equivale a un incremento de la productividad del 100% y el doble de vida útil.

Además de las herramientas optimizadas con las calidades de plaquita GC4415 y GC4425, Sandvik Coromant también ha avanzado en su oferta digital. Para lograrlo, sus especialistas trabajaron en estrecha colaboración con fabricantes de máquinas-herramienta, proveedores en la nube y redes para desarrollar su plataforma digital de software y herramientas conectadas CoroPlus.

El software demuestra lo mucho que han cambiado las cosas. Antes, los operarios se veían obligados a fiarse de su experiencia e instinto para mejorar los procesos y detectar el desgaste de las herramientas. Hoy en día, con las herramientas equipadas con sensores, los jefes de producción pueden ajustar, controlar y supervisar su rendimiento de mecanizado automáticamente en tiempo real.

La plataforma CoroPlus ya ha demostrado ser muy valiosa para la supervisión y el control de las herramientas equipadas con sensores. La plataforma ayuda a optimizar procesos a través de la eliminación de los citados ‘consumidores de tiempo’ de la producción contemporánea, minimizando el número de paradas de producción necesarias para sustituir las herramientas gastadas —plaquitas de torneado de metal duro incluidas— y reduciendo los desechos.

Además, en combinación con las plaquitas de la calidad GC4415 y GC4425, y otras herramientas optimizadas de Sandvik Coromant, CoroPlus es clave para el mantenimiento predictivo. La combinación de los sistemas de software correctos es lo que permite a los fabricantes detectar preventivamente el desgaste de la herramienta y evitar roturas repentinas.

Esto no solo abre las puertas a la producción automatizada, sino que también incrementa la seguridad del proceso, reduce el tiempo de parada de máquina y las inversiones protegidas. Y lo hace, como en el estudio de la Universidad de Beihang, vinculando directamente el mantenimiento predictivo a la calidad consistente del producto.