Sujeción: Asegurando un nuevo proceso
Bill Dundas - editor asociado de la revista Modern Machine Shop, Junio 2003

Un fabricante de piezas de precisión mejora la productividad expandiendo su capacidad de sujeción de piezas.

Nunca como hoy, la búsqueda de la mejora de la calidad y la productividad había sido más crítica para el éxito de los fabricantes de la industria aeroespacial. Las difíciles condiciones de los negocios que actualmente afectan a la aviación comercial han producido demandas más exigentes para los proveedores. Mientras los fabricantes de aviones buscan, agresivamente, controlar los costos, las órdenes de muchos tipos de piezas se han vuelto más esporádicas y los volúmenes generalmente tienden a ser menores. Esto representa un reto para los fabricantes cuyas operaciones de producción deben cambiar para satisfacer las nuevas realidades económicas.

Cambiando a un proceso que incorpora una torre de sujeción de piezas de cuatro lados y un centro horizontal de mecanizado, Precise Products Corporation (PPC) ha mejorado sustancialmente la producción de una pieza clave de avión.

Mientras las presiones sobre los costos aumentan, los clientes de la industria aeronáutica continúan exigiendo a los fabricantes mejor calidad y tiempos de entrega menores. En el taller, por lo tanto, las mejoras continuas son cruciales a fin de mantener los procesos eficientes y competitivos. Para alcanzar estas metas es necesario optimizar cada elemento del esquema total de manufactura. Con frecuencia, esto se extiende más allá de los cambios puntuales en bienes de capital, hacia una nueva concepción de las estrategias y configuraciones de mecanizado.

Para la empresa Precise Products Corporation (PPC), de Minneapolis, Minnesota, permanecer competitiva en este clima de negocios la llevó a desarrollar un nuevo proceso de mecanizado en la producción de una pieza clave para avión. Originalmente establecida en 1956 como un pequeño fabricante de piezas de precisión muy pequeñas, la compañía ha experimentado un continuo crecimiento y ha mantenido sus principales clientes durante más de 30 años. Hoy, PPC tiene 65 empleados permanentes y más de 80% del trabajo de la empresa involucra manufactura aeroespacial. Los demás negocios de la compañía están dirigidos a las industrias médica y de instrumentación.

PPC tiene el propósito firme de brindar a sus empleados la más avanzada tecnología. Sólo durante el año pasado, la compañía aumentó sus bienes de capital en más de US$750.000. El taller de PPC está equipado con un amplio rango de fresadoras, tornos, taladros y rectificadoras CNC y convencionales. De lunes a viernes, el personal del taller trabaja día y noche en turnos que van de 8 a 10 horas de duración. Los equipos del taller incluyen varios centros de mecanizado verticales de tres ejes, Mazak y Haas. Para el fresado de cuatro y cinco ejes, algunos de los 13 VMC de la compañía están equipados con mesas programables Haas de dos ejes, inclinables y rotativas. Adicionalmente, el taller de PPC utiliza dos centros de mecanizado horizontales Mori Seiki.

PPC ha desarrollado una configuración de anidado especial, en la que los perfiles de las piezas son mecanizados en las caras de las mordazas de las prensas. Esto proporciona un acceso no restringido a las herramientas, y permite que la pieza completa sea mecanizada con un alistamiento simple. Durante el mecanizado, también proporciona soporte adecuado a todos los puntos de la superficie para prevenir la deformación de las piezas.

Tendencia a lo horizontal
Durante los últimos dos años, el mecanizado horizontal ha empezado a desempeñar un papel central en el esquema global de producción de la compañía. PPC fabrica una pieza de aluminio para avión, muy compleja, que sirve como dispositivo para sumidero de calor. La compañía produce entre 800 y 1.000 piezas de estas al año. Como en otras piezas aeroespaciales, su mecanizado implica la remoción de una gran cantidad de material (hasta el extremo de que las piezas terminadas tienen un espesor de tan sólo 0,0070"). Antes, la compañía había mecanizado estas piezas en centros verticales de mecanizado con dispositivos de montaje convencionales. Como las partes del perímetro quedaban obstaculizadas por el montaje, las piezas no podían ser mecanizadas y desbarbadas en una sola operación.

Los ingenieros de manufactura de Bruce Thovson y Robert Willers iniciaron un nuevo proceso de mecanizado de tales piezas. Esta configuración combina un centro de mecanizado horizontal Mori Seiki SH-400 con un sistema Cluster Tower de 6" de alta densidad para sujeción de piezas, producido por Kurt Manufacturing.

Con este cambio, la compañía aprovecha la ventaja de las mayores velocidades de ciclo de los centros de mecanizado horizontales (HMC) y un mejor control de virutas. Esto ha reducido el consumo de herramientas del taller, a la vez que ha mejorado la calidad de las superficies mecanizadas. Pero algo más importante es que el sistema de sujeción Cluster Tower de 6" cuadruplica el número de piezas que la compañía estaba en capacidad de mecanizar en montajes simples en los centros de mecanizado vertical (VCM). La torre de cuatro lados tiene capacidad de sujetar hasta ocho piezas con un máximo tamaño de pieza de 4" por 6".

Para asegurar una rápida y precisa carga o cambio de las piezas de sumidero de calor, PPC diseñó un sistema de fijación tipo pin para las mordazas de las prensas de la torre. "Los pines ayudan a localizar de nuevo las mordazas en sus posiciones originales, eliminando la necesidad de volver a indicarle dónde localizar el cero en X, Y y Z", comenta el ingeniero de manufactura Steve Gourley.
Willers ha desarrollado una configuración especial de anidado, que permite localizar las piezas por forma en las mordazas de las prensas. Mecanizando el perfil de la pieza en las caras de las mordazas e incorporando un ‘labio’ de retención, las piezas son sujetadas dentro de los nidos mecanizados. Este alistamiento proporciona un posicionamiento preciso sin utilizar fijadores que queden expuestos. Además, estas delgadas piezas no pueden ser distorsionadas por las fuerzas de la herramienta de corte porque están igualmente soportadas en todos los puntos de la superficie. La eliminación de las fijaciones también hace que las piezas puedan ser mecanizadas y desbarbadas en el HMC sin operaciones secundarias o montajes adicionales. "Desbarbando hasta donde es posible en la máquina, sólo tenemos que recoger las piezas cuando salen de la máquina", comenta Gourley.

Los componentes del sumidero de calor son complejos. Las piezas de aluminio se mecanizan a espesores mínimos de tan sólo 0,0070".

Un mejor proceso
Como se ilustra más adelante, PPC ha obtenido ganancias significativas con su actual proceso. Aunque el tiempo promedio de procesamiento del taller se ha reducido en 13%, la reducción en tiempo de alistamiento representa un aspecto aún más importante en el cuadro general. Esto muestra claramente los beneficios sustanciales de usar un sistema de sujeción de alta densidad. Este potencial ha reducido el tiempo promedio de alistamiento de PPC en dos tercios. Y utilizando las mordazas modificadas, se obtiene un acceso sin tropiezos para las herramientas de corte y el terminado. "Esto significa que la herramienta utiliza mayor tiempo del ciclo en el material", dice Gourley.

"El impacto de esta mejora es particularmente evidente en los tiempos totales más cortos, que PPC puede ofrecer a sus clientes, agrega Gourley. Hoy, nuestros clientes esperan tiempos totales de cuatro semanas". Dadas las continuas presiones de la competencia en esta industria, la habilidad para reducir los tiempos totales representa una ventaja en las relaciones con el cliente, lo mismo que en la reducción de los costos de producción.

Cambiar a una nueva configuración también hace que PPC haga un uso más eficiente de su fuerza de trabajo. "Esto nos da la oportunidad de tener a nuestros maquinistas ocupados en otros trabajos mientras las piezas se están mecanizando. También podemos trabajar con luces apagadas, en turnos de fin de semana, con nuestros maquinistas viniendo cada 4 o 6 horas a cargar o descargar las piezas".

Como su nombre lo indica, el negocio de PPC se centra en la producción de piezas que incorporan tolerancias muy ajustadas. Para asegurar la exactitud de sus máquinas-herramienta y operaciones, la compañía realiza rutinariamente análisis Cpk. Este análisis predice y ayuda a eliminar fuentes de variación, midiendo la conformidad de varias dimensiones críticas. En cualquier momento en el tiempo, este análisis le proporciona a la compañía un índice de la potencialidad de su proceso.

La mayoría del trabajo de la compañía involucra programación basada en modelos sólidos, que recibe directamente de los clientes. Un elemento clave en el sistema de control de calidad de PPC es una máquina de medición de coordenadas Mistral 7.7.5 CMM, de Brown & Sharpe. "Nuestros maquinistas pueden mecanizar su primera pieza, cargarla en la CMM y hacer otras cosas mientras es medida", comenta Willers.

Operada por el software PC-DMIS, la CMM es ideal para el trabajo de la compañía y no utiliza papel. "Con este equipo podemos importar modelos sólidos para escribir programas de inspección. Esto se requería para algunos de los planos sin dimensiones de nuestros clientes. También hemos podido cambiar algunos de nuestros reportes de inspección a sistemas automatizados", afirma Willers.

Generalmente, la compañía utiliza el Virtual Gibbs Mill, un sistema CAM para torneado y modelado de sólidos. Los programas de piezas son enviados al taller desde un departamento centralizado de ingeniería. PPC opera tres estaciones completas CAD/CAM que corren AutoCAD R13 y LT98. Para dibujar revisiones y trabajo de línea roja, la compañía utiliza Autodesk View, lo mismo que traductores Iges, de Autodesk. Para la programación del trabajo de producción, se utiliza el software JobBoss. Los sistemas de estimación, costeo y programación de trabajos son manejados en red a través de la operación completa de PPC. "La capacidad de enviar, recibir, programar e inspeccionar a partir de datos digitales se ha convertido no sólo en una conveniencia de ingeniería sino en algo necesario para permanecer en la industria aeroespacial", dice Willers.

El ingeniero de manufactura Steve Gourley (izquierda) y el maquinista Dave Ostrowski (derecha) han registrado grandes mejoras en la productividad con el nuevo proceso horizontal que aplica el taller.

Haciendo tiempo
Sin importar los cambios en el volumen de las piezas producidas, la mejora de la eficiencia de un proceso particular de mecanizado disminuye los costos de producción y crea un valioso tiempo adicional que el taller puede emplear en otras labores. Adicionalmente a estas mejoras de proceso, la capacidad de la compañía de enviar datos de diseño, manufactura y calidad a las personas apropiadas en el momento oportuno es una ventaja competitiva fundamental.

Parece evidente que la importancia de estos factores aumentará en el futuro. En esa dirección, Willers comenta: "Con la complejidad de las piezas en aumento, los tiempos totales disminuyendo y los clientes avanzando hacia los planos sin dimensiones, yo veo esto no como una tendencia sino como la manera como se hace el negocio".

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