Se han explorado varias vías para producir grandes cantidades de piezas mecanizadas prismáticas para el sector automotriz
Hoy en día parece que los ingenieros automotrices prefieren las células o sistemas o de producción flexibles (FMS) respecto a las líneas de transferencia dedicadas. Normalmente esto se debe a que los modelos actuales tienen un menor tiempo de producción, ya que los constructores originales evolucionan sus diseños para mejorar su presencia en el mercado.
Para garantizar que un sistema FMS sea eficiente y productivo, es necesario invertir en la última tecnología disponible en centros de mecanizado CNC. Un ejemplo claro es el que comparte con nosotros Starrag UK, que ha suministrado otro centro de mecanizado horizontal Heckert HEC 400D al mismo proveedor de primer nivel, será la decimocuarta máquina en fábrica para expandir la célula de producción de componentes de suspensión de acero y aluminio.
Según Starrag, estos centros de mecanizado de cuatro ejes se utilizan en todo el sector automotriz, por parte de OEMs y sus proveedores, para el mecanizado de configuración única de piezas como cajas de cambio, cajas de acoplamiento y cuerpos de válvula, y están demostrando ser eficientes en configuración de célula o FMS.
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Un enfoque modular
En el fabricante alemán de máquina herramienta Heller esta idea se extiende a la modularidad de la máquina herramienta, especialmente para sistemas que producen piezas como bloques cilíndricos, culatas, cigüeñales, árboles de levas y componentes de chasis y transmisiones. Para poder trabajar con un rango tan amplio de aplicaciones automotrices, desde un pequeño motor de dos cilindros para motocicletas hasta un motor de excavadora de V12, Heller opta por sistemas de producción escalables.
Según la asociación alemana del automóvil (VDA), en 2015 se produjeron en total 78.7 millones de vehículos de pasajeros en todo el mundo, un 1.7% más que el año anterior. Tan solo en Alemania se produjeron 5.7 millones de vehículos, un aumento del 2%. Los armadores del país están condicionados por los ciclos de renovación cada vez más rápidos y el aumento de la diversidad de modelos y versiones.
Manfred Maier, director gerente y COO de Heller Group nos explica lo que esto significa para los proveedores de máquina herramienta de la industria automotriz: “Para muchas empresas en el sector del automóvil, la máxima flexibilidad es prioritaria respecto a la máxima productividad, con la menor inversión posible. Los tiempos de implementación entre la decisión de invertir y el inicio de la producción son también cada vez más importantes”.
Este concepto se alcanza con módulos de cuatro y cinco ejes que cuentan con carga directa, personalizados y que se puedan vincular entre sí para crear una plataforma de producción completamente automatizada.
Un ejemplo de un proyecto concreto es el sistema de producción en la planta polaca de Fiat en Bielsko-Biala. En esta fábrica se producen a diario más de 1,000 motores de dos cilindros. Para ello se utilizan tres centros de mecanizado MCi 25.1 de Heller, 40 módulos de mecanizado MC10 con carga directa, seis centros de mecanizado MCH 250, un cargador automatizado, control estadístico de proceso, una cinta de transporte NOK para la carga y la descarga de piezas defectuosas, además de un instalación de gestión automatizada de gestión de las piezas entre las estaciones individuales.
“Para muchas empresas en el sector del automóvil, la máxima flexibilidad es más importante que la máxima productividad" - Manfred Maier, Heller Group
Fiat prefiere el hierro fundido respecto a las más comunes aleaciones ligeras para el bloque motor (por motivos de resistencia) por lo que la compleja estructura de los componente representa un gran reto. Además de los prominentes camisas de cilindro, la pieza cuenta con superficies de flanco, canales de refrigeración y orificios, todos ellos en superficies ínfimas. A pesar de ello cada año se fresan 450,000 carcasas de motor de dos cilindros en hierro fundido G25 GH190B en Bielsko-Biala con un tiempo de ciclo inferior a los 40 segundos.
“Fuimos los principales socios de Fiat en el diseño de la producción de su motor TwinAir”, destaca Roth. Y cuando el constructor de camiones MAN necesitaba un colaborador con la experiencia necesaria para el desarrollo de motores diesel y el mecanizado de grafito compactado GGV para la carcasa, Heller respondió con la misma contundencia, (a pesar de la diferencia de escala): módulos de mecanizado de cuatro y cinco ejes con carga directa, así como máquinas de proceso y específicas.
El FMS de GW forma parte de una nueva instalación de 5 millones de libras y 3,000 metros cuadrados para el de mecanizado a termperatura controladaEntonces, ¿qué sucede cuando la producción en serie no es del volumen normalmente asociado a los contratos automotrices? Parece que la solución es muy parecida, tal y como asegura la británica Grainger & Worrall (GW), que suministra fundiciones de motor mecanizadas para armadores de gama alta como Porsche, Aston Martin, Bugatti y McLaren.
En una iniciativa para aumentar su capacidad de mecanizado automotriz en series reducidas, GW ha instalado un FMS de llave en mano de 1.5 millones de libras.
Está diseñado específicamente para componentes automotrices de gama alta, tales como estructuras brutas y piezas de trenes de potencia. El FMS cuenta con tres centros de mecanizado de cinco ejes Mazak Variaxis i-600. GW asegura que la mejora en su capacidad de producción les permite un tiempo de respuesta más rápido y un menor inventario, factores necesarios para los armadores de producción limitada.
El Variaxis i-600 es un centro de mecanizado de cinco ejes completamente simultáneo que realiza el mecanizado de múltiples y complejas superficies curvadas en piezas de trabajo de tamaño mediano y pequeño con una única configuración. El mecanizado se integra en el concepto de Mazak ‘Producción única' que incorpora todos los procesos desde la alimentación de materia prima al mecanizado final en única plataforma de mecanizado.
También ofrece una gran productividad con sus husillos de alta rigidez y 12,000 rpm que pueden gestionar aplicaciones de corte de carga pesada y mecanizado de gran velocidad de aluminio y otros materiales no ferrosos. En el caso de GW, un cargador opcional de dos paletas ofrece un funcionamiento continuo de la máquina y su integración con el sistema de producción automatizada de Palletech.
“El sistema de 20 paletas permite mantener en su sitio los accesorios, por lo que la alimentación de los tres centros de mecanizado de cinco ejes i-600 resulta tanto eficiente como replicable", asegura Edward Grainger, director de GW. “Esta solución nos ofrece flexibilidad para cumplir con el cambio de la demanda, también nos proporciona un control absoluto de los procesos, una buena fiabilidad y una gran precisión en las piezas".
El FMS de GW forma parte de una nueva instalación de mecanizado de 5 millones de libras La instalación de mecanizado climatizada de 3,000 metros cuadrado cuenta con siete centros de mecanizado verticales, dos de cinco ejes y seis horizontales. Antes de su inauguración oficial, Aston Martin confirmó que GW era un socio preferencial para la producción de cabezales y bloques de motor de aluminio para el modelo DB11.
Chiaro Macchine Speciali ha instalado recientemente un Haas VM-6“Además, es precisa y versátil. No hacemos producción masiva, la mayoría de sistemas de prueba y máquinas que producimos son únicos, pero necesitamos la versatilidad. La mesa de mecanizado, con sus ranuras en T en los ejes X e Y nos permite montar piezas de diferentes tamaños y formas con rapidez y facilidad”. “Hacemos internamente toda la planificación y diseño", añade Beltramo, “por lo que es importante, para la velocidad y el control de calidad, que hagamos nuestras propias piezas, las probemos y hagamos los cambios de la manera más rápida y eficiente posible".
Un sistema de prueba típico de Chiaro sería por ejemplo uno diseñado para comprobar los tubos de escape producidos antes de que se monten en los vehículos de la línea de producción. “Hemos diseñado y construido una máquina completamente automatizada que permite a nuestro cliente comprobar las fugas en el silenciador de un tubo de escape", comenta Beltramo. “La máquina se colocará junto a la línea de producción, por lo que debe diseñarse para minimizar los posibles errores de configuración, y lo que es más importante, debe ser versátil para utilizarse con las diferentes versiones de modelo sin producir problemas ni retrasos. “Antes de la llegada del Haas VM-6, ya teníamos una máquina de fresado Haas TM-2 que utilizamos para piezas pequeñas e individuales”, continúa.
“Ya conocíamos los modelos Haas, por lo que pudimos comenzar a trabajar con la nueva máquina sin necesidad de demasiada formación adicional. Hicimos una breve formación, ¡y eso fue todo!” “Estamos muy contentos con el VM-6,” concluye Mahmood, “y sabemos que el dueño de la empresa también lo está. Obtuvimos la máquina que necesitábamos para producir las piezas internamente. Ha sido una diferencia notable”.
Mecanizado de nervaduras de Open Mind en VWTeniendo esto en cuenta, un grupo especializado interno de ingenieros de planificación, programadores y operarios de mecanizado colaboraron para optimizar el mecanizado de nervaduras de componentes de fundición inyectada. Se clasificaron los tipos de nervaduras y se desarrollaron los procesos de programación correspondientes. En base a esto, se estandarizó el enfoque de programación y se ajustó correspondiente la base de datos de herramientas. El grupo de gestión de conocimiento de fresado de nervaduras desarrolló una pieza de prueba con todos los niveles conocidos de dificultad, como el anidado, nervaduras profundas, intersección de nervaduras, nervaduras radiales y contornos de interferencia.
En base a estas especificaciones, Open Mind desarrolló un ciclo de fresado de nervaduras que presenta varias innovaciones a la secuencia de mecanizado, como por ejemplo: una función integrada de devastado/acabado, mecanizado integrado de nervaduras anchas, detección automática de colisiones del portaherramientas (teniendo en cuenta las herramientas de fresado cónicas) y un mecanizado integrado de base. Uno de los factores más destacados es que los parámetros de configuración siempre provienen directamente de la base de datos de herramientas, incluso en el caso de áreas separadas automáticamente. En el caso de componentes con un grado de nervadura elevado, el nuevo enfoque a permitido reducir notablemente los tiempos de procesado en la máquina. De hecho, el nuevo ciclo de fresado de nervaduras ha reducido a la mitad el tiempo de programación.
“Además de la reducción de los tiempos de programación y mecanizado, estamos alcanzando una mayor fiabilidad de proceso y un menor desgaste de la maquinaria", comenta Wolfgang Sofftner, responsable de mecanizado 3D en ingeniería de componentes en la planta de Volkswagen en Braunschweig. “Este enfoque conlleva la inspección de componentes por parte de la gestora de conocimientos y el desarrollo consecuente de opciones estandarizadas de mecanizado y resulta pionera para futuros proyectos”.
