Cómo mejora el rendimiento de un equipo de carreras

KANNAPOLIS, NC — Como la mayoría de los fabricantes de automóviles, los equipos de carreras de NASCAR están motivados para fabricar piezas de vehículos mejores, más baratas y más rápidas. Cientos de las marcas líderes de Fortune 500 son muy visibles en los evocadores esquemas de pintura de los vehículos, lo que apunta a una continua inversión saludable en el deporte.

Sin embargo, la prudencia prevalece en cualquier empresa inteligente y los equipos de carrera buscan formas creativas de ahorrar dinero. Eso incluye dentro de sus operaciones de taller de máquinas. Una de las formas en que Stewart-Haas Racing está logrando eso es mediante la aplicación de trayectorias de herramientas de movimiento dinámico incluidas en su software Mastercam CAD/CAM (CNC Software Inc., Tolland, CT).

Stewart-Haas Racing es el equipo de NASCAR que ganó el título y es copropietario del tres veces campeón de la serie Monster Energy NASCAR Cup Series Tony Stewart y Gene Haas, fundador de Haas Automation, el fabricante de máquinas herramienta CNC más grande de América del Norte.

La organización presenta cuatro entradas en la Monster Energy NASCAR Cup Series:el Ford Fusion número 4 para Kevin Harvick, el Ford Fusion número 10 para Aric Almirola, el Ford Fusion número 14 para Clint Bowyer y el Ford Fusion número 41 para Kurt Busch. El equipo también compite en la Serie XFINITY de NASCAR presentando una entrada de tiempo completo:el Ford Mustang número 00 para Cole Custer y una entrada de medio tiempo, el Ford Mustang número 98. Con sede en Kannapolis, NC, Stewart-Haas Racing opera en una instalación de 200 000 ft2 (18 580 m2) con aproximadamente 370 empleados.

Un espacio muy activo de 372 m2 (4000 ft2) de ese espacio es el taller de máquinas de la empresa. Stewart-Haas Racing ha estado reforzando sus estrategias de fabricación para fabricar más piezas que antes se subcontrataban. Eso proporciona al equipo un mejor control de calidad, tiempos de entrega mejorados y protección adicional para los diseños patentados. Hacer más ha llevado a Stewart-Haas a optimizar su lista de instalaciones (principalmente con máquinas herramienta Haas), procesos y procedimientos de fabricación y programación de piezas CNC, específicamente con las nuevas trayectorias de herramientas Dynamic Motion.

Una explicación

Si bien estas trayectorias de herramienta CAM avanzadas han estado en las últimas versiones de Mastercam y se lanzaron por primera vez hace aproximadamente 10 años, todavía son nuevas para muchos en la fabricación y se mejoran e integran continuamente en más funciones de productos para fresado y torneado.

Aquí hay una breve explicación:por lo general, los programas CNC convencionales se basan en límites geométricos. Hacen que la herramienta entre en el material y luego se embarca en una dirección hasta que encuentra una pared o algún otro obstáculo, y luego cambia de dirección. La herramienta cubre toda el área según lo dictado por el modelo de la pieza, cortando todo lo que se encuentre en su camino. A veces eso es material ya veces es aire ineficiente.

Ahora, las trayectorias de herramientas de movimiento dinámico más recientes hacen que la herramienta se comporte de manera poco convencional. El movimiento de la herramienta se rige por un conjunto de reglas de alta ingeniería que tiene en cuenta tanto el área de la que se eliminará el metal como la condición cambiante del material a lo largo de las diversas etapas del mecanizado. Los algoritmos patentados prevén lo que sigue, sopesan las alternativas y modifican automáticamente los avances, los pasos intermedios y los movimientos de corte en respuesta a las condiciones cambiantes del material a medida que se corta la pieza.

El objetivo es remover material de manera más eficiente controlando las fuerzas laterales para evitar excesos que generen calor. A menudo denominado "mecanizado con carga de viruta constante", los movimientos más suaves y seguros (constantemente en el corte) alivian las tensiones en las herramientas y máquinas de corte, lo que aumenta su longevidad.

“La mayor transformación que he visto en el último año en nuestro taller es la adopción total de las trayectorias de herramientas dinámicas de Mastercam”, dijo John Simmons, gerente del taller de máquinas CNC en Stewart-Haas Racing.
“Son muy poderosas. Ahora podemos fabricar piezas completas directamente a partir de una palanquilla grande, en lugar de tener que fabricar componentes más pequeños y soldarlos juntos”, dijo. “Las trayectorias de herramienta dinámicas nos brindan mucho más compromiso con la herramienta, lo que reduce la necesidad de optimizar las trayectorias de desbaste y nos permite llegar a las operaciones de acabado mucho más rápido”.

Aumentos de velocidad

Como ejemplo de cuánto más rápido, Simmons cita un componente de enlace del centro de dirección como una de las muchas aplicaciones de piezas que se benefician de las trayectorias de herramientas de Dynamic Motion. El enlace de dirección es la conexión de la caja de dirección a las ruedas, un componente muy importante. La pieza comienza en su fresadora CNC vertical de cono 50 modelo VF6 TR (para muñón) de Haas como una barra sólida de acero aleado de 150 lb (68 kg) de aproximadamente 4″ de ancho × 5″ de alto × 23,5″ de largo (102 × 127 × 597 mm). El proceso de desbaste solía tomar 12 horas, ahora se ha reducido a siete horas al aplicar las trayectorias de herramientas "conscientes del material".

“Diría que somos entre un 60 y un 75 % más eficientes y eso no solo reduce el tiempo, sino que también aumenta significativamente la vida útil de la herramienta con el movimiento dinámico”, dijo Simmons.
Las operaciones posteriores de fresado de contornos en 3D refinan las dimensiones críticas. Simmons no reveló las tolerancias, la geometría del acabado y el peso de la pieza por razones de competencia. Sin embargo, proporcionó las causas principales del aumento de la eficiencia de corte en el proceso de mecanizado de desbaste con las trayectorias de herramientas avanzadas:

–Pasos mínimos para evitar la acumulación de calor y una fuerza lateral excesiva;

–Movimientos suaves que alivian las tensiones en las herramientas y las máquinas;

–Altas velocidades de husillo;

–Enganche máximo de la flauta para cortes que eliminen la mayor cantidad de material;

–Acoplamiento continuo del material (fresado ascendente) para minimizar el corte por aire;

–Ajustes dinámicos de paso a paso para mantener constante la carga de la herramienta;

–Estrategias de entrada de herramientas que presentan la herramienta al material en el ángulo más seguro;

–“Concienciación” del material que mantiene la herramienta en una condición de corte constante y segura, independientemente de la geometría del contorno (modifica la trayectoria para que las virutas tengan el mismo tamaño);
Microelevadores que elevan el cortador lejos del parte del piso o lejos de las paredes para que no se acumule calor cuando se ajustan las velocidades de corte durante el reposicionamiento.

–Microelevadores que elevan el cortador lejos del piso de la pieza o lejos de las paredes para que no se acumule calor cuando se ajustan las velocidades de corte durante el reposicionamiento.

'Tecnología compleja'

Además del Haas VF6 TR VMC de servicio pesado, el taller de Haas tiene otras 14 máquinas herramienta. Los centros de torneado CNC de Haas con cabezales de fresado en vivo han sido las incorporaciones más recientes, ya que Simmons dijo que se trataba principalmente de piezas torneadas que antes se subcontrataban pero que ahora se traen internamente. Además de las operaciones de mecanizado, el área del taller cuenta con un departamento de control de calidad totalmente equipado que revisa cada pieza minuciosamente en busca de defectos.

“A medida que la tecnología compleja se vuelve más omnipresente en nuestro taller, el apoyo que recibimos de nuestros diversos proveedores es de suma importancia”, dijo Simmons. “Es más que solo tener la tecnología, queremos asegurarnos de que estamos aprovechando al máximo nuestras inversiones para, en última instancia, ahorrar dinero, mejorar la eficiencia y fabricar vehículos competitivos.

“Por ejemplo, la evolución a la forma de pensar de la trayectoria dinámica, aunque vale la pena por los beneficios, puede ser difícil de navegar”, agregó. “Tienes que recordar que fui programador de CNC durante casi 15 años de mi carrera. La luz se encendió mucho más rápido con la ayuda de los ingenieros de aplicaciones de CNC Software y su distribuidor en mi área, Barefoot CNC”.

Editado por el editor del anuario de vehículos motorizados, Bill Koenig, a partir de información proporcionada por CNC Software.