Eleve sus operaciones de rectificado: de bueno a excelente con software avanzado y automatización

Cómo el software, la automatización y los avances en abrasivos están enviando el rectificado de piezas y herramientas a overdrive.

Quizás tu empresa se especialice en componentes aeroespaciales o médicos, y necesites producir geometrías complejas en metales demasiado duros para cortar mediante métodos de mecanizado convencionales. O quizás trabajes en o poseas un taller de herramientas y cortadores, y busques formas más rápidas y rentables de producir brocas, fresas y herramientas de forma. Sea cual sea la razón, y sea cual sea el requisito, tienes suerte. Al igual que con la mayoría de tecnologías de trabajo de metales, el rectificado —más propiamente llamado mecanizado abrasivo— ha mejorado enormemente en años recientes.

¿Cómo? Para empezar, los fabricantes de muelas han desarrollado nuevos aglutinantes y superabrasivos que claramente merecen el título de "super", capaces de remover más material en menos tiempo que nunca. Y los fabricantes de máquinas de rectificado están entregando equipos cada vez más capaces, rígidos y potentes para aprovechar al máximo esos abrasivos avanzados, mientras añaden funciones inteligentes como automatización, monitorización remota y sistemas de software inteligentes a sus máquinas herramienta.

En pocas palabras, el rectificado ha entrado en una nueva era de productividad y precisión de pieza; si no estás aprovechando esto, podrías estar perdiéndote oportunidades significativas para mejora de proceso, aumento de calidad de producto y un impulso en la línea de fondo.

Mejor control es crítico

Un impulsor clave para esto es la escasez de maquinistas cualificados. Eso es según Shane Farrant, gerente nacional de producto para rectificadoras en JTEKT Toyoda Americas Corp., Arlington Heights, Ill., quien añadió que hacer la interfaz hombre-máquina (HMI) más fácil de entender es un primer paso necesario para minimizar los efectos de una fuerza laboral menos cualificada.

"Una HMI más simple e intuitiva es una de las muchas mejoras de máquina que hemos desarrollado para nuestra línea de rectificadoras universales, cilíndricas, de cigüeñal y de árbol de levas", dijo. "Esto significa un formato amigable para el usuario, con mayor dependencia en imágenes y otros gráficos para ayudar a procedimientos de configuración y programación."

También ha habido un gran empuje hacia un entorno de trabajo basado en Internet de las Cosas (IoT). Por ejemplo, la página de diagnóstico en el control táctil TOYOPUC de Toyoda muestra niveles de refrigerante, vibración de máquina, temperatura de aceite —cualquier cosa que pueda traducirse a mala calidad de pieza o crear un problema de producción enviará una alerta inmediata a quien sea responsable de arreglarlo. Además, es posible recopilar esta información del control de máquina y enviarla a una base de datos en red para análisis histórico.

Otra característica de ahorro de tiempo es la generación automática de programas alternativos, que un operador puede invocar si hay un problema relacionado con el proceso. El Gerente de Ingeniería de Propuestas de JTEKT Toyoda Steve Earley dijo que esta opción de control conversacional está disponible en la rectificadora de rodillos GE6 de la empresa, una máquina que también se ha beneficiado de algunas modificaciones al fundido, motores y otros componentes, todos diseñados para reducir vibración y aumentar precisión de máquina en esta aplicación especializada.

Los materiales usados para hacer las baterías de litio usadas en vehículos eléctricos son bastante finos, explicó, y los rodillos que producen este material deben ser por tanto extremadamente precisos, con acabados de superficie muy finos. "Cuando un operador está configurando la máquina, el control presentará un programa generalizado para empezar, así como dos alternativas —una más agresiva para tiempos de ciclo más rápidos, y un programa más conservador que produce mejores acabados de superficie", dijo Earley. "Basado en los resultados iniciales, el operador puede decidir fácilmente cambiar a cualquiera de los conjuntos de parámetros de mecanizado que proporcionen la mejor pieza en el menor tiempo posible."

Menos operaciones requeridas

Larry Marchand, vicepresidente del grupo de perfil en United Grinding North America Inc., Miamisburg, Ohio, estuvo de acuerdo con la necesidad de controles fáciles de usar, especialmente cuando las máquinas de rectificado se vuelven más capaces. Pero dijo que también hay una tremenda demanda en toda la comunidad de fabricación para reducir trabajo en proceso y menos operaciones de mecanizado, llevando a United Grinding y otras empresas a adoptar el llamado enfoque "done-in-one" para reducir tiempo de toque del operador y aumentar valor por operación.

Para apoyar esto, United Grinding ha introducido "procesos, operaciones y características adicionales" a rectificadoras de perfil que una vez fueron de propósito muy único. "Los clientes quieren añadir más valor en una sola manipulación de pieza", dijo Marchand. "Hemos visto una gran demanda de máquinas con cambiadores automáticos de herramienta, haciendo posible rectificar la pieza y luego traer una broca o fresa para completar la pieza. Esto elimina operaciones secundarias, reduce tiempo de entrega de pieza y mejora calidad."

¿Significa esto que los talleres de mecanizado deberían cambiar sus máquinas herramienta CNC por una súper rectificadora que lo hace todo? En absoluto. Al igual que las máquinas multitarea hacen un trabajo estupendo fresando una ranura o rectificando un muñón, una rectificadora multitarea puede ahora realizar tareas antes reservadas para centros de mecanizado y máquinas taladro-roscar —dicho esto, ningún estilo de máquina herramienta puede reemplazar al otro. Como señaló Marchand: "Si tienes una pieza que es intensiva en rectificado, siempre estás mejor con una rectificadora dedicada."

Hay varias razones para esto, dijo. El rectificado requiere sustancialmente más fluido de corte que operaciones de fresado y torneado, dirigido precisamente a la intersección de la pieza y la muela. Accionar una muela que mide un par de pies de diámetro requiere mucha potencia, mucho más de la disponible en una máquina de hacer viruta promedio. Finalmente, mantener décimas y acabados de superficie de un dígito todo el día es algo en lo que la mayoría de rectificadoras CNC sobresalen porque están diseñadas para optimizar estas operaciones. ¿Centros de mecanizado? No tanto.

Abordando lo duro

Estas capacidades son especialmente relevantes con metales altos en níquel, cromo y cobalto, dijo Marchand. "Gran parte de nuestro negocio viene de clientes produciendo piezas de Inconel y Rene, materiales que —al menos en su estado endurecido— son casi no mecanizables. Su única opción es electroerosión o rectificado, y gracias a la rigidez, potencia y precisión de las máquinas de rectificado modernas, más la disponibilidad de superabrasivos que no estaban disponibles hasta recientemente, la mayoría opta por lo segundo."

Uno de los principales fabricantes de superabrasivos es Norton|Saint-Gobain Abrasives, Worcester, Mass. Alfredo Barragan, ingeniero senior de aplicaciones corporativas para superabrasivos Norteamérica, dijo que el rectificado fue considerado una vez un proceso de "solo acabado", pero, con el desarrollo de tecnología de rectificado cada vez más capaz, ha evolucionado a un proceso de mecanizado principal. Para lograr el mayor éxito con este proceso, sin embargo, abrasivos igualmente modernos deben aplicarse.

"Las muelas de matriz de diamante con aglutinante resina o metal tradicionales tienden a ser realmente densas", dijo Barragan. "Ser denso es bueno porque te da una estructura robusta y ayuda a proveer un aglutinado fuerte que mantiene esa estructura unida, pero plantea una consideración: la muela tiende a cargar más rápido, lo que a la larga reduce productividad. Las muelas de aglutinante híbrido Norton Winter Paradigm resuelven este problema."

Se dice que las muelas proporcionan una combinación de retención de grano mejorada con altos niveles de porosidad, reduciendo así las fuerzas de corte. La mayor porosidad también reduce la carga —la muela rectifica más fría, más libremente, con menos tiempo de inactividad, produciendo finalmente más piezas por día. Dependiendo del abrasivo usado, las muelas de aglutinante híbrido rectifican eficientemente carburo, cerámicas avanzadas, aceros de herramientas endurecidos, y las aleaciones de alta temperatura que Marchand de United Grending acaba de mencionar.

Hay más en esto que tecnología de abrasivos, aunque. Al igual que las máquinas herramienta a las que están unidas, las muelas mismas se están volviendo más inteligentes, con etiquetas RFID integradas para mejor gestión de activos, adquisición optimizada, rastreo de información de uso y aderezo, y salvaguarda contra error del operador.

Tampoco Norton|Saint-Gobain restringe sus esfuerzos a productos abrasivos. Su sistema de monitorización y diagnóstico de proceso 4Sight proporciona funcionalidad IoT similar a la discutida antes, con monitorización en tiempo real agnóstica de marca de valores de máquina de rectificado como carga de husillo y utilización de máquina, y la capacidad de almacenar datos para análisis de tendencias o enviar alertas según sea necesario. "Esta es una de las mayores iniciativas del año para nosotros, y junto con nuestros sistemas de etiquetas inteligentes, sirve como base de nuestra solución Industria 4.0", dijo Barragan.

Llegando a su pantalla: V@dison

No están solos. Vollmer of America Corp., Carnegie, Pa., junto con su empresa matriz, el Grupo Vollmer, está trabajando en una serie de herramientas y servicios diseñados para "transformar digitalmente" las operaciones de rectificado. Marcados como V@dison, estos incluyen la pantalla V@ para visibilidad mejorada de parámetros de máquina, V@ check para simulación de proceso, V@ boost para optimizar rendimiento de máquina según la pieza, y V@ guide para mantenimiento preventivo más consistente.

Vollmer aún está en etapas tempranas de esta iniciativa, pero el Gerente de Ventas Norteamérica Shannon Fox dijo que todavía hay mucha fruta madura al alcance disponible para la comunidad de rectificado. Principal entre estas está la automatización —Fox apuntó a las capacidades de carga robótica de pieza y cambio de muela de su rectificadora de herramientas y cortadores VGRIND 360 como un ejemplo, opciones que Vollmer y de hecho la mayoría de fabricantes de máquinas herramienta instalan rutinariamente mientras sus clientes trabajan hacia fabricación lights-out.

La simulación es otra solicitud rutinaria. Aunque el sistema V@ check de Vollmer aún está en desarrollo, Fox señaló que el software NUMROTOplus ofrecido en equipos de rectificado de Vollmer y otras marcas es una alternativa madura y bien aceptada. "La simulación se está volviendo más importante a medida que las rectificadoras crecen en capacidad", dijo. "Los cuartos están más ajustados, las geometrías de herramienta son cada vez más complejas, y muchas máquinas —las nuestras incluidas— permiten el uso de múltiples paquetes de muela en un solo trabajo, generando preocupaciones de interferencia. Sin simulación, corres el riesgo de estrellar una máquina herramienta muy cara."

Ver es creer

La simulación es importante por otras razones también. ANCA CNC Machines con base en Melbourne, Australia, por ejemplo, la usa para predecir desequilibrio de herramienta en fresas de paso variable. "Ese es uno de los trade-offs con cortadores de alto rendimiento —porque el espaciado de flautas es irregular, están inherentemente fuera de balance", dijo Lucas Hale, gerente de marketing global. "Para combatir esto, hemos desarrollado software de simulación que calcula desequilibrio y ajusta el programa NC para compensarlo removiendo material adicional en ubicaciones estratégicas. La herramienta sale de la rectificadora perfectamente balanceada, entregando vida de herramienta extendida y mejor acabado de superficie en la pieza mecanizada."

Hale estuvo de acuerdo en la demanda de automatización, incluyendo manipulación robótica de pieza y muela, pero ofreció varias formas adicionales de impulsar productividad. Donde el "pegado" rutinario de la muela para remover carga se hacía manualmente, ANCA lo ha automatizado, reduciendo costes laborales y extendiendo vida de muela. El software y máquinas de ANCA se dice que proporcionan "facilidad de uso significativa", reduciendo tiempo de configuración. Y sistemas de medición basados en láser proporcionan verificación en proceso de precisión y geometría de herramienta de corte, seguida por compensaciones automáticas o aderezo de muela para compensar desgaste.

Y ANCA ha llevado ese proceso un paso más allá. A través de colaboración con empresas como Zoller Inc., un proveedor líder de equipos de preajuste de herramientas, ANCA ha desarrollado una interfaz que soporta inspección automatizada y retroalimentación a la rectificadora CNC —un robot coloca el cortador en el preajustador, que lo mide y envía los resultados a un sistema de software que ajusta la máquina según sea necesario. Esto "cierra el bucle", explicó Hale, y junto con sistemas integrados de gestión de blancos, permite a clientes "cargar cientos de herramientas, dar a ir, y volver al día siguiente a herramientas de corte terminadas", dijo.

"La construcción básica de máquina también ha mejorado en los últimos cinco años más o menos", continuó Hale. "Por ejemplo, los motores lineales se han vuelto mucho más comunes en nuestra industria. No solo contribuyen a la calidad de las herramientas de corte y por tanto a la calidad de las piezas hechas con ellas, sino que las máquinas lineales se mueven mucho más rápido que las de husillos de bolas, reduciendo tiempos de ciclo. Y como hay menos desgaste en componentes de máquina, la vida del equipo se extiende. Es por eso que los motores lineales se han vuelto prácticamente un componente estándar de cualquier máquina de rectificado de alta precisión y alto rendimiento."

Primera pieza, buena pieza

Al igual que JTEKT Toyoda está abordando la escasez de maquinistas cualificados con software de control más intuitivo, Rollomatic Inc., Mundelein, Ill., está trabajando para hacer las configuraciones de máquina tanto más fáciles como más rápidas. Eso es porque la mayoría de fabricantes de herramientas y cortadores no son diferentes a cualquier taller de corte de metal; se enfrentan a tamaños de lote más pequeños y plazos de entrega más cortos, haciendo el tiempo de configuración un porcentaje mayor de cualquier corrida de producción. ¿Una parte de la solución? Mejor software.

"Durante décadas, los talleres han quemado tres, cuatro, cinco blancos de pieza por configuración, ajustando gradualmente la máquina hasta obtener una buena pieza", dijo Eric Schwarzenbach, presidente de Rollomatic Inc. "Pero usando software inteligente, es muy posible reducir el número de piezas de desecho, con cero siendo la meta final. No solo esto reduce costes de material, sino también tiempo de configuración."

El software asiste al operador haciendo una representación 3D de la máquina herramienta, pieza y muela de rectificado, dijo Schwarzenbach, eliminando la necesidad de una corrida en seco. El operador puede acelerar la animación, ralentizarla, retroceder o hacer zoom en áreas problemáticas, ayudándole a evitar colisiones potenciales entre el paquete de muelas y la pieza. Y cuando la animación termina y la máquina está realmente haciendo piezas, el software trabaja para eliminar "movimientos vacíos" y acorta distancias de seguridad al mínimo.

El software inteligente es genial, pero Schwarzenbach fue rápido en señalar que la máquina herramienta y sus sistemas relacionados son igualmente importantes. Cuanto más precisa y estable la máquina herramienta, más fácil es dar en la dimensión objetivo en el primer intento. Además, tecnología mejorada de aderezo de muela, procedimientos de calibración automatizados, controles más rápidos que procesan cálculos más rápidamente, y aglutinantes híbridos de muela que son resistentes al desgaste, de corte libre, y retienen esquinas afiladas más tiempo son críticos. Estos factores juegan un gran papel en configuraciones más rápidas y una capacidad mejorada para hacer la primera pieza una buena pieza, con tiempos de ciclo más cortos de paso.

Como otros han mencionado, el cambio automático de muela es otro cambio de juego en rectificado —Schwarzenbach dijo que los cambiadores de alta velocidad de Rollomatic pueden cambiar un paquete de muela en cinco segundos, arbol-a-arbol, y lograr tiempos de rectificado-a-rectificado de 11 segundos. El beneficio va más allá de tiempos de ciclo más cortos, sin embargo. "Si tienes un paquete con cuatro muelas en él, el potencial de colisión es mayor que uno con una o dos muelas. Esto complica la configuración. Así que, si puedes dividir un paquete de muela grande y permitir los 11 a 12 segundos de tiempo de cambio de muela, entonces esa es la forma preferida de ir en esta época."