Desarrollar productos más rápido mediante el mecanizado

Las exigencias a los fabricantes pueden resumirse así: “fabricar productos innovadores y de mayor calidad, más rápidamente y en menos tiempo”. Si añadimos las iniciativas de sostenibilidad a la mezcla, queda claro que los fabricantes de todos los sectores deben aplicar estrategias integrales para superar estos obstáculos y mantenerse por delante de la competencia.

Pero, ¿qué implica una ‘estrategia global’ en el taller de maquinaria? Entre los antídotos contra la subida de los precios de la energía y las materias primas, sugeridos en el informe de PwC ‘Achieving excellence in production and supply’ (Alcanzar la excelencia en la producción y el suministro), figura la idea de que las empresas deberían supervisar y optimizar sus procesos para hacerlos lo más eficientes posible.

Esto supone también que los fabricantes deben acelerar sus ciclos de desarrollo de productos para cumplir las normas de alto rendimiento y seguridad, que cambian con rapidez. Una forma de hacerlo es mediante la fabricación bajo demanda, en la que los fabricantes entregan exactamente lo que un cliente quiere en una cantidad determinada y con unas especificaciones de fabricación concretas. La fabricación bajo demanda es posible gracias a las últimas tecnologías de fabricación aditiva (AM, por sus siglas en inglés), como la impresión 3D, que acelera la fabricación y el prototipado. En otros lugares, los fabricantes utilizan la inteligencia artificial (IA) y los conceptos de la Industria 4.0 para optimizar sus procesos.

Estas tecnologías presentan claras ventajas. Sin embargo, los fabricantes no deben pasar por alto los últimos avances vanguardistas en el mecanizado CNC. Conceptos de fabricación que, a primera vista, tienen décadas de antigüedad también tienen el potencial de mejorar en gran medida los ciclos de desarrollo de los productos. Asimismo, se puede modificar el ángulo con el que una plaquita corta la pieza, la forma en que se mueve la propia herramienta (cambios de dirección más rápidos, por ejemplo) y las características de rendimiento de las herramientas diseñadas con mayor resistencia al desgaste o para favorecer una mayor seguridad del proceso. Y de repente, lo que parecía un concepto de hace décadas es mucho más sofisticado de lo que se percibía en un principio.

Estos enfoques van de la mano de la continua evolución del software de fabricación asistida por ordenador (CAM, por sus siglas en inglés). Con ellos, los fabricantes pueden realizar diseños más complejos e innovadores sin sacrificar la calidad del producto, lo que agiliza los ciclos de desarrollo del producto en general. Analicemos el cómo con más detalle.

El software CAM es capaz de indicar a una máquina cómo fabricar un producto generando recorridos de herramienta. Por ejemplo, un factor esencial para un mecanizado más eficaz es el ángulo de posición con el que la herramienta de corte interactúa con la pieza: un ángulo demasiado elevado provoca un filo de corte débil y destrozos. Un ángulo demasiado pequeño puede provocar que la herramienta roce a altas velocidades de avance, creando una rápida acumulación de calor y fallos en la herramienta.

Con el software CAM, es posible programar la herramienta de corte para que encaje en la pieza de trabajo con el mejor ángulo de posición posible, y mantenerlo constante para mejorar enormemente el control de la viruta. El software puede optimizar el momento en que la herramienta corta la pieza o se retira de ella, antes de desplazarse con rapidez y seguridad al siguiente punto y repetir el proceso.

Sin embargo, el software CAM por sí solo no puede satisfacer las necesidades de los fabricantes de producir formas más complejas e innovadoras. Entre los requisitos expresados por los propios clientes de Sandvik Coromant (talleres de maquinaria en los sectores de la automoción, el aeroespacial, la ingeniería general, etc.) se incluye la necesidad de una mayor eficiencia en el corte de metales y una mejor predictibilidad en sus procesos de mecanizado. En pocas palabras, querían aumentar su producción sin sacrificar la calidad de los componentes.

Otro requisito importante es aumentar la utilización de la máquina. Según Forbes, el fabricante medio experimenta 800 horas de tiempo de inactividad de sus equipos al año, lo que equivale a más de 15 horas a la semana, algo inaceptable si se tiene en cuenta la rápida evolución de los requisitos del mercado actual. Los cambios de herramienta también suponen una pérdida de tiempo: ¿sabía que se puede tardar hasta 20 segundos en cambiar una herramienta de corte?

El torneado en el eje Y ofrece numerosas ventajas, como la posibilidad de mecanizar varios elementos con una sola herramienta, lo que reduce el tiempo de ciclo.

Estas son las razones por las que los especialistas de Sandvik Coromant buscaron desarrollar una solución que permitiera mecanizar varias características con una sola herramienta. Se decidió que estos métodos debían garantizar que las fuerzas de corte se dirigieran al portaherramientas, para una mayor estabilidad del proceso, con un ángulo de posición constante y fijo para mejorar drásticamente el control de la viruta. El resultado fue el torneado en el eje Y.

¿Cómo funciona el torneado en el eje Y? Como el propio nombre indica, el nuevo método utiliza el eje Y, de modo que se emplean los tres ejes simultáneamente al mecanizar. La herramienta gira alrededor de su propio centro, la plaquita está posicionada para mecanizar en el plano Y-Z, y el eje del husillo de fresado interpola durante el torneado. Esto permite mecanizar formas complejas con una única herramienta.

El torneado en el eje Y ofrece múltiples ventajas. La posibilidad de mecanizar varias características con una única herramienta reduce el tiempo de ciclo. Además, el hecho de no tener que cambiar de herramienta minimiza el riesgo de los puntos de fusión, como las irregularidades entre superficies mecanizadas adyacentes.

Con el torneado en el eje Y, es posible influir en las fuerzas de corte dirigidas a la herramienta, que afectan directamente a la estabilidad del mecanizado. Esto también minimiza las vibraciones entre la herramienta y la pieza de trabajo, que causan imperfecciones en la superficie del producto, y proporciona un mayor rendimiento y seguridad del proceso. Mientras tanto, el ángulo de posición constante mejora el control de la viruta y ayuda a evitar el atasco de viruta.

Las plaquitas Wiper también pueden mantenerse perpendiculares a la superficie y en una superficie cónica. Las plaquitas Wiper están diseñadas con un filo Wiper situado donde el filo recto se encuentra con el radio de punta. En comparación con los rompevirutas convencionales, el acabado superficial no se deteriora aunque se duplique la velocidad de avance. El mecanizado a altas velocidades de avance mejora la eficiencia del corte, además de favorecer la calidad del producto.

Además, Sandvik Coromant ha desarrollado dos nuevas herramientas para el torneado en el eje Y. La nueva variante de CoroTurn Prime ha sido diseñada para ejes, bridas y componentes con rebajes. Y está la herramienta doble CoroPlex, que incorpora plaquitas de perfilado CoroTurn TR y se utiliza mejor con un ángulo de posición de entre 60 y 90° para un mecanizado más eficaz y productivo. Por último, las plaquitas redondas CoroTurn 107 con asiento estriado se pueden utilizar para componentes con cavidades.

Además de la posibilidad de mecanizar varias características con una sola herramienta, lo que reduce significativamente- el tiempo de cambio de herramientas, el desgaste uniforme de las plaquitas aumenta la vida útil de la herramienta. Además, las fuerzas de corte se dirigen al portaherramientas, lo que proporciona una gran estabilidad al proceso. El método del eje Y también es especialmente adecuado para máquinas multitarea.

En los últimos años se ha producido un inmenso desarrollo en el área del torneado, con innovaciones como el método de mecanizado en todas direcciones PrimeTurning de Sandvik Coromant para el torneado no lineal y el torneado con interpolación. Estos avances, junto con las capacidades progresivas de las máquinas modernas y el software CAM, han despejado el camino para el nuevo método de torneado en el eje Y.

De hecho, PrimeTurning y el torneado en el eje Y son ahora totalmente compatibles con el software GibbsCAM 2023 utilizado para programar, simular y controlar cualquier máquina CNC. En combinación con GibbsCAM, se ha demostrado que el método PrimeTurning reduce los tiempos de ciclo hasta en un 50% y aumenta la vida útil de la plaquita hasta en un 500%. Sandvik Coromant PrimeTurning adapta la velocidad de avance para gestionar constantemente el espesor de viruta, lo que resulta ideal para entornos de gran volumen y desatendidos, como en la producción 24/7 o con luces apagadas.

Ahora, de cara al futuro, Sandvik Coromant prevé que PrimeTurning o el torneado no lineal se combinen con el torneado en el eje Y para elevar aún más la productividad de los talleres de maquinaria. Con el método y, parafraseando a Reinertsen en su libro The Principles of Product Development Flow: Second Generation Lean Product Development, los talleres de maquinaria pueden priorizar y evitar los retrasos que afectan a la rentabilidad y, de este modo, acelerar sus ciclos de desarrollo de productos.