El éxito del mecanizado requiere un equilibrio productivo

Introducción

Al producir una amplia gama de piezas a partir de materiales de trabajo muy diferentes, los fabricantes utilizan una variedad de procesos de mecanizado. Independientemente, el objetivo común de todos los fabricantes es crear una cierta cantidad de piezas de trabajo de la calidad deseada, en un tiempo específico y a un costo adecuado.

Muchos fabricantes logran ese objetivo siguiendo un modelo de perspectiva estrecha que comienza con la selección y aplicación de herramientas y la resolución de problemas de manera reactiva. Sin embargo, invertir ese enfoque puede reducir los costos y aumentar la eficiencia. En lugar de esperar a que surjan problemas y luego hacer ajustes a las operaciones de mecanizado individuales, los fabricantes deben centrarse primero en la planificación previa proactiva destinada a eliminar las piezas rechazadas y el tiempo de inactividad no planificado. Una vez que se ha establecido un proceso estable y confiable, la aplicación de los conceptos de economía de producción puede ayudar a los fabricantes a encontrar un equilibrio entre la tasa de producción y los costos de fabricación. Luego, sobre la base de operaciones seguras y económicamente sólidas, los fabricantes pueden seleccionar herramientas y condiciones de corte que optimizarán por completo el proceso de mecanizado.

Economía de la producción

Antes de tomar medidas para optimizar el corte de metales, es esencial que los procesos sean seguros y confiables, sin piezas defectuosas ni tiempo de inactividad no planificado. Lograr la seguridad del proceso requiere la creación de un entorno de producción estable. Las áreas que los fabricantes deben analizar incluyen el mantenimiento de máquinas herramienta, la programación CAM, los sistemas de sujeción de herramientas y la aplicación de refrigerante. La automatización del manejo del trabajo, como palets o sistemas robóticos de carga/descarga de piezas, también podría ser parte de la evaluación.

El arte y la ciencia de la economía de la producción se centra en garantizar la máxima seguridad y la previsibilidad del proceso de fabricación, al mismo tiempo que se mantiene la máxima productividad y los costes de producción más bajos. Cuando el proceso y el entorno de corte de metales son seguros y predecibles, la economía de producción se convierte en una búsqueda bidimensional:encontrar un equilibrio entre la producción y los costos de fabricación que sea apropiado para la situación específica de un fabricante. Por ejemplo, en la producción en masa de piezas simples, maximizar la producción con costos mínimos puede ser la consideración principal. Por otro lado, en la fabricación de bajo volumen y mezcla alta de piezas complejas valiosas, el énfasis debe estar en la confiabilidad y precisión totales antes de abordar los costos de fabricación.

Micro frente a macro

El enfoque tradicional para maximizar la producción de corte de metales implica un micromodelo de perspectiva estrecha basado en la optimización de herramientas individuales en operaciones individuales. Los modelos macro, por otro lado, consideran los procesos de fabricación desde una perspectiva más amplia. Estos modelos se concentran en el tiempo total de piso a piso requerido para producir una pieza de trabajo determinada.

La relación entre los modelos micro y macro económicos se puede comparar con la perspectiva de un artista al crear una pintura. El modelo micro se concentra en detalles individuales, de la misma manera que un artista se concentraría en pinceladas individuales. El modelo macro da un paso atrás y ve el proceso de producción de partes en general, como si se viera una pintura en su totalidad. Está claro que la atención al detalle es necesaria, pero no al precio de ignorar el propósito general del esfuerzo.

Costos ocultos

La fijación exagerada en los detalles puede distraer la atención del resultado final del proceso. Por ejemplo, es una desventaja reducir el tiempo de corte en diez segundos cuando se logra con una herramienta adicional que agrega diez minutos al tiempo de preparación e indexación. De manera similar, trabajar para lograr la calidad del producto más allá de los requisitos del cliente aumentará los costos y el tiempo de producción. Casi en serio, uno podría preguntarse:"¿Cuánto tiempo llevaría y cuánto costaría producir la peor pieza de trabajo posible, que aún sea funcionalmente aceptable?"

Costos operativos

Los modelos de costes de mecanizado también pueden representar perspectivas micro y macro. Los micromodelos consideran los procesos de corte desde un punto de vista limitado, vinculando las condiciones de corte directamente con los costos de corte. Los modelos macroeconómicos funcionan desde una perspectiva más amplia, enfatizando el tiempo total requerido para producir una pieza de trabajo determinada.

Los fabricantes miden la tasa de producción de varias maneras, desde piezas de trabajo completadas durante un período de tiempo hasta el tiempo total requerido para terminar una operación. Muchos factores afectan la tasa de producción, incluidos los requisitos de geometría de la pieza de trabajo y las características del material, el flujo del producto en una instalación, el aporte del personal, el mantenimiento, los equipos periféricos y los problemas ambientales, de reciclaje y de seguridad.

Algunos elementos de los costos de fabricación son fijos. La complejidad y el material de la pieza de trabajo generalmente dictan el tipo y la cantidad de operaciones de mecanizado requeridas para fabricar una pieza. Los costos de adquirir y mantener las máquinas herramienta de una instalación y la energía para operarlas son básicamente costos fijos. Los costos laborales son algo más flexibles, pero efectivamente se fijan por lo menos a corto plazo. Estos costos deben compensarse con los ingresos por la venta de componentes mecanizados. Aumentar la tasa de producción (la velocidad a la que las piezas de trabajo se convierten en productos terminados) puede compensar los costos fijos.

Optimización individual

Después de que la productividad general y la imagen de rentabilidad de un proceso se equilibren y optimicen a nivel macro, los fabricantes pueden lograr mejoras adicionales mediante la optimización cuidadosa de las operaciones individuales. Las condiciones de corte, es decir, la profundidad de corte, la velocidad de avance y las velocidades de corte, juegan un papel clave en el equilibrio de la productividad y los costos. Cualquiera de los tres, o todos ellos, pueden contribuir a reducir el tiempo de mecanizado, pero el impacto de cada uno en la confiabilidad del proceso varía ampliamente. La profundidad de corte esencialmente no tiene efecto en la vida útil de la herramienta. La velocidad de avance afecta ligeramente la vida útil de la herramienta. Sin embargo, el impacto de la velocidad de corte en la vida útil de la herramienta, así como en la confiabilidad del proceso de corte, es significativo.

Muchos gerentes de taller creen que el simple aumento de las velocidades de corte producirá más piezas por período de tiempo y, por lo tanto, reducirá los costos de fabricación. Por lo general, eso es cierto, pero hay compensaciones involucradas. En general, cuanto más rápido se ejecuta una operación, menos estable se vuelve. Las altas velocidades generan más calor que afecta tanto a la herramienta como a la pieza de trabajo. El desgaste de la herramienta ocurre más rápido y es menos predecible, y el desgaste o la vibración de la herramienta pueden hacer que las dimensiones de la pieza varíen y el acabado de la superficie disminuya.

Una herramienta puede romperse y estropear la pieza de trabajo. Además, un proceso que opera en los límites exteriores de la confiabilidad generalmente no puede ejecutarse de forma desatendida o semiatendida, lo que elimina una fuente potencial de ahorro de mano de obra. Las velocidades de corte extremadamente altas y los parámetros de mecanizado agresivos pueden aumentar los costos de mantenimiento de la máquina e incluso el tiempo de inactividad como resultado de fallas en la máquina.

Al reconocer estos problemas, el ingeniero mecánico estadounidense F.W. Taylor, a principios del 20 ^th siglo, desarrolló un modelo para la determinación de la vida útil de la herramienta. El modelo muestra que para una combinación determinada de profundidad de corte y avance, existe una cierta ventana para las velocidades de corte en las que el deterioro de la herramienta es seguro, predecible y controlable. El modelo de Taylor hace posible cuantificar la relación entre la velocidad de corte, el desgaste de la herramienta y la vida útil de la herramienta, equilibrando la rentabilidad y la productividad y brindando una imagen clara de la velocidad de corte óptima para una operación.

En general, los fabricantes deben seleccionar las mayores profundidades de corte y las velocidades de avance más altas posibles para cada operación, sujeto a la estabilidad de la sujeción de la herramienta, la fijación de la pieza de trabajo y la máquina herramienta, así como a la potencia de la máquina herramienta. También se debe considerar la seguridad operativa en lo que respecta a la formación y evacuación de virutas, las vibraciones y la deformación de la pieza de trabajo. Un enfoque equilibrado implica velocidades de corte reducidas combinadas con aumentos proporcionales en la velocidad de avance y la profundidad de corte. Utilizar la mayor profundidad de corte posible reduce el número de pasadas de corte necesarias y, por lo tanto, reduce el tiempo de mecanizado. La velocidad de avance también debe maximizarse, aunque la calidad de la pieza de trabajo y los requisitos de acabado superficial pueden verse afectados por velocidades de avance excesivas. En la mayoría de los casos, los aumentos en la velocidad de avance y la profundidad de corte mientras se mantienen o se reducen las velocidades de corte producirán tasas de extracción de metal iguales a las que se logran con velocidades de corte más altas por sí solas.

Los costos de producción son la suma de los costos de las herramientas y los costos de las máquinas. Con el aumento de las velocidades de corte, los tiempos de mecanizado se acortan y los costes de la máquina disminuyen. Sin embargo, a partir de cierto punto, los costos generales aumentan porque una vida útil más corta aumenta el costo de las herramientas y los tiempos de cambio de herramientas lo suficiente como para superar los ahorros en el costo de la máquina.

Cuando se ha alcanzado una combinación estable y confiable de velocidad de avance y profundidad de corte, las velocidades de corte se pueden usar para la calibración final de la operación. El objetivo es una mayor velocidad de corte que reduzca los costos de tiempo de la máquina pero que no aumente excesivamente los costos de las herramientas de corte a través del desgaste acelerado de las herramientas.

Problemas no cortantes

Las cuestiones ambientales y de seguridad representan factores cada vez más importantes en la economía de la producción. Los fabricantes están bajo presión para conservar energía. El uso y eliminación de refrigerantes y aceites de corte está cada vez más regulado y es más costoso. Un enfoque equilibrado de las condiciones de corte puede ayudar a los fabricantes a lidiar con estas y otras preocupaciones similares. Las velocidades de corte más bajas combinadas con una mayor velocidad de avance y profundidades de corte más pequeñas reducen la cantidad de energía necesaria para eliminar el metal. Las condiciones equilibradas también aumentan la vida útil de la herramienta, lo que reduce el consumo de herramientas y los problemas de eliminación. El menor consumo de energía da como resultado una menor generación de calor, lo que ofrece oportunidades para el mecanizado con refrigerante mínimo o nulo.

Conclusión

La adopción de conceptos de economía de producción requiere realizar un análisis general del entorno de mecanizado y aceptar formas de pensar que van en contra de muchas prácticas establecidas de corte de metales. Pero llevar a cabo las estrategias recomendadas puede mejorar el ahorro de costes y la calidad de la pieza de trabajo y permitir una producción más respetuosa con el medio ambiente, al mismo tiempo que mantiene la productividad y la rentabilidad en un proceso de fabricación estable y fiable en general.

Perspectiva de toda la instalación

Los beneficios de ver los procesos de mecanizado desde una perspectiva macro se extienden más allá de las operaciones individuales de corte de metales. Una visión amplia considera la interrelación de todos los pasos en la producción. Un ejemplo simplificado involucra dos máquinas herramienta empleadas en serie para producir un componente. Si la máquina herramienta A está optimizada para aumentar su producción pero los resultados de la máquina B no se pueden mejorar, las piezas de la primera máquina se quedarán esperando a la segunda como inventario semiterminado, lo que aumentará los costos. En este caso, simplemente optimizar los costos de corte (en lugar de la producción) en la primera máquina reduciría el costo de mecanizado en general y mantendría la producción.

Por otro lado, en una situación en la que la máquina B permanece inactiva esperando procesar partes de la máquina A, aumentar la producción de la primera máquina aumentará la producción total. Mucho depende de si el flujo de producción del taller está organizado en línea, lote o secuencia paralela.

Los costos de adquisición de máquinas herramienta también se pueden evaluar en relación con el negocio general de un fabricante. Una situación típica involucra un taller que opera una fresadora completamente cargada 40 horas a la semana y decide reemplazarla con una máquina más costosa, más sofisticada y de mayor velocidad. Sin embargo, cuando la nueva máquina está en funcionamiento, pasa la mitad del tiempo inactiva.

El taller enfrenta el desafío y el gasto de encontrar más trabajo para mantener ocupada la nueva máquina y justificar la inversión en ella. Además, el trabajo que aprovecha al máximo las capacidades de la nueva máquina puede no encajar bien con el resto de las operaciones o mercados del taller. El mejor camino habría sido examinar primero el panorama general y anticipar lo que resultaría de la mayor producción de la nueva máquina. Una máquina menos costosa y menos avanzada puede ser una mejor combinación con los requisitos de piezas y los volúmenes de producción actuales y previstos. Junto con la máquina más antigua, una máquina herramienta elegida con más cuidado también podría proporcionar mayor flexibilidad y redundancia para manejar el tiempo de inactividad programado o no programado de la máquina.

Tomar una visión integral de la optimización de procesos también puede implicar acciones y análisis muy básicos y simples. El examen de las herramientas utilizadas proporciona una visión amplia de lo que sucede en un taller. Por ejemplo, si un taller generalmente usa plaquitas con filos de corte de 12 mm de largo pero los patrones de desgaste en las herramientas solo alcanzan los 2 mm o 2½ mm, es probable que el taller esté usando plaquitas que son demasiado grandes para lo que hacen. Las herramientas con filos de corte de 6 mm serían más que suficientes, y una herramienta con filos de corte de 6 mm de largo es significativamente más económica que una herramienta con filo de corte de 12 mm. Una observación tan simple puede reducir los costos de las herramientas en un 50 por ciento sin afectar la productividad.

Aparecido anteriormente en SecoTools.com.