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Las herramientas de perforación de orificios innovadoras incrementan la rentabilidad de la industria automotriz
Las herramientas de perforación de orificios innovadoras incrementan la rentabilidad de la industria automotriz


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Paul Best & Todd Cox
Allied Machine & Engineering

El taladrado de agujeros desempeña un papel fundamental en la fabricación de automóviles. Hay que taladrar cientos de agujeros para cada vehículo fabricado, incluidos componentes como ejes de transmisión, bloques de motor, cámaras propulsoras de airbags, árboles de levas y otras piezas internas del motor. En cualquier línea de producción de piezas de vehículos de automoción, las cintas transportadoras funcionan sin parar y la eficacia de las herramientas de corte es clave para la rentabilidad. Cada minuto que un husillo de máquina permanece inactivo es un minuto de dinero perdido. Los fabricantes inteligentes saben que deben adoptar incluso los cambios de diseño de herramientas aparentemente más pequeños, ya que pueden suponer una gran diferencia en la eficacia de la fabricación de orificios. En la actualidad se dispone de una innovadora tecnología de herramientas de corte que puede integrarse perfectamente en un proceso sin necesidad de detener la producción. La adopción de estas innovaciones puede aumentar significativamente los márgenes de beneficio de las empresas de automoción.

Incorporación de herramientas a la fabricación de automóviles

En el pasado, todas las operaciones de corte y taladrado de metales para automoción de gran volumen se realizaban con líneas de transferencia en máquinas específicas. Estas máquinas tenían velocidades de funcionamiento fijas con grandes cadenas que transportaban las piezas entre las estaciones de mecanizado, donde esperaban a que se realizara la operación. Se podía taladrar un número determinado de piezas al día; además, si se averiaba una máquina, se paraba toda la línea. No había ninguna ventaja en desarrollar taladros que aceleraran las operaciones porque la línea sólo podía funcionar a la velocidad designada.

Este enfoque anticuado de la fabricación de automóviles continuó durante las décadas de 1970 y 1980, pero empezó a cambiar lentamente en la década de 1990, con el auge de las máquinas de control numérico por ordenador (CNC). Los fabricantes de automóviles actuales utilizan ahora equipos CNC flexibles; si las piezas pueden ir más rápido en una máquina, pueden acelerarse a la siguiente, con lo que se obtiene una ventaja que, en última instancia, se traduce en mayores ingresos. Con estas nuevas líneas de transferencia operadas por CNC, los fabricantes pueden ser más flexibles, realizando ajustes según sea necesario y aprovechando cualquier nuevo avance en herramientas de corte que reduzca los tiempos de ciclo. Sin las limitaciones de los sistemas anteriores, los fabricantes de automóviles pueden incorporar innovaciones en las herramientas para aumentar la producción y ganar más dinero. La industria de herramientas de corte, por tanto, siempre está desarrollando nuevos diseños de herramientas y recubrimientos que pueden ayudar a acelerar la producción de las piezas que más tiempo consumen, manteniendo la calidad para que estos componentes de automoción no retrasen otras operaciones. Este aumento del rendimiento puede suponer un importante ahorro de costes para los fabricantes.

Tendencias del sector que afectan al corte de metal en la industria del automóvil
Un factor importante que ha afectado al corte de metales en los últimos 30 - 40 años es la eliminación a largo plazo de los metales de mecanizado libre. Con la eliminación del plomo en los metales y la sustitución del hierro fundido por hierro de grafito compactado (CGI), los metales utilizados en la industria del automóvil han pasado de ser fáciles de mecanizar a ser extremadamente difíciles de mecanizar. Esto significa que el diseño del utillaje debe ajustarse para aumentar el control de la viruta con el fin de ganar vida útil de la herramienta y hacer el agujero más recto. Otros cambios industriales relacionados que afectan a las herramientas diseñadas para el taladrado industrial son las leyes medioambientales de Estados Unidos que limitan el uso de cloro y azufre en los sistemas de refrigeración del taladrado. (El alcance de este problema es diferente en Europa, que exige el mecanizado en seco, en el que no se utiliza refrigerante, o se utiliza muy poco, porque la eliminación de los residuos de refrigerante está prohibida por las leyes sobre contaminación). La eliminación del cloro y el azufre ha dado lugar a un aumento de los problemas de acumulación de viruta en la herramienta de corte, atascamiento de la viruta y reducción de la vida útil de la herramienta. Algunas empresas están evolucionando hacia la forja casi neta para evitar estos problemas, pero los problemas continuarán, ya que las piezas siempre diferirán de un forjador a otro.

Los retos creados por estas mejoras medioambientales han inspirado a los fabricantes de herramientas a encontrar formas innovadoras de mejorar el rendimiento de sus herramientas y, al mismo tiempo, favorecer un entorno más saludable para los trabajadores de la industria.

Las herramientas innovadoras hacen que las máquinas antiguas funcionen como si fueran nuevas
En respuesta a estas tendencias de fabricación de automóviles, económicas y normativas, el mercado busca innovaciones en mandrinado y taladrado, tanto en máquinas como en utillaje. En efecto, esta innovación es lo que hace ganar dinero a un fabricante de automóviles.

Por ejemplo, se están introduciendo en el mercado nuevas máquinas de torneado y taladrado con cambio de herramientas de alta velocidad y husillos de herramientas de estilo HSK (vástago cónico hueco) más precisos. Pero también hay muchas oportunidades para diseñar herramientas que compensen las deficiencias de las máquinas más antiguas. Colocar herramientas del siglo XXI en máquinas del siglo XX puede mejorar significativamente la eficiencia de fabricación y aumentar la rentabilidad, haciendo que las máquinas más antiguas funcionen como si fueran nuevas. Mejorar un activo de capital existente puede ser una gran ventaja para los fabricantes de automóviles, ya que las solicitudes de capital para compras importantes de equipos nuevos pueden ser difíciles de financiar. Con la flexibilidad de las nuevas máquinas CNC, se pueden integrar nuevas mejoras en las herramientas sin problemas, sin tener que cerrar la línea de producción para reequiparlas.

Un ejemplo es el trabajo de ingeniería y diseño que Allied Machine & Engineering realizó para un proveedor de nivel 1 de un importante fabricante de automóviles en un eje de transmisión de gran volumen hecho de aleación de acero, un material pobre en la formación de virutas. La herramienta existente utilizaba un sistema de refrigeración de baja presión y pequeños conos de husillo. Creó una viruta muy grande y abrasiva, que quedó atrapada en la dimensión exterior del cuerpo del portabrocas, quedando en el fondo del agujero y sin evacuar. Con un acabado deficiente de la superficie del orificio, la herramienta sólo podía perforar entre 200 y 400 orificios por inserto y generaba un alto desperdicio mensual de alrededor de $20 000.

Allied llevó a cabo la investigación de formación de virutas en sus propios laboratorios, fuera de la línea de producción del fabricante y no en su husillo, por lo que las pruebas no generaron ningún tiempo de inactividad en la producción. El laboratorio de investigación de Allied Machine tiene las instalaciones para simular las condiciones exactas de la máquina y las presiones de la bomba del fabricante, lo que garantiza que se pueda optimizar la evacuación de virutas.

La herramienta que desarrolló Allied fue una broca de ingeniería especial, una broca T-A® guiada, que permite a la herramienta perforar de manera más recta durante más tiempo, producir agujeros más verdaderos y desgastarse de manera más uniforme. La broca de inserción reemplazable incluye un pasador de ubicación ajustable que aumenta la precisión de la herramienta, un mayor diámetro de cojinete en el soporte y salidas de refrigerante adicionales en el área de cojinete de carburo soldado del soporte de broca triple. Este diseño reduce el espacio libre entre el soporte y la hoja pero aumenta el soporte de la almohadilla de desgaste.

Esta broca T-A de diseño especial se utilizó en combinación con un inserto especial recientemente desarrollado, que reduce el borde acumulado. La plaquita proporcionó al fabricante de automóviles una formación de viruta superior, una vida útil mejorada de la herramienta, una carga del husillo reducida y un filo de corte más suave.

La tecnología combinada de herramientas de ingeniería especial permitió que las máquinas de baja presión funcionaran dramáticamente mejor, a la par de las modernas máquinas con refrigerante de alta presión. Esta broca generó una formación de virutas muy pequeña y manejable, las virutas se evacuan hacia las ranuras del soporte y se eliminan todas las estrías en la dimensión interior del eje. Las nuevas herramientas producen un excelente acabado superficial, eliminaron alrededor de $240 000 por año en desechos y aumentaron la vida útil de la herramienta en un 280 por ciento. Cada plaquita puede perforar unos 1.200 agujeros, entre 3 y 6 veces más que la herramienta anterior.

Otro ejemplo de innovación es una aplicación de perforación de orificios para la cámara de propulsor de bolsas de aire en la que Allied Machine trabajó recientemente para una operación que produce 7 millones de unidades por año. La empresa también tenía problemas de formación de virutas; el tamaño del chip prácticamente creaba un “poste de barbero” dentro de la pieza, lo que hacía necesario desechar una gran cantidad de piezas.

Los investigadores del laboratorio de Allied investigaron el problema para comprender los síntomas y luego diseñaron una herramienta específicamente para la operación de la empresa y su material. Desarrollaron una punta diseñada con precisión con la geometría de formación de viruta adecuada que podría hacer que la viruta del tamaño óptimo fuera evacuada del agujero. Utilizando el cuerpo de broca T-A guiado de diseño especial y el inserto de perforación personalizado, el cliente ahorra tres segundos por pieza (y 7 millones de veces 3 segundos ahorra mucho tiempo) y mucho dinero.

Desde entonces, este diseño de herramientas de ingeniería especial se ha utilizado en una variedad de otras aplicaciones automotrices en todo el mundo, incluida una herramienta diseñada para fabricar los extremos de los cigüeñales. Una nueva herramienta de fresado de roscas y un innovador cabezal escariador de cambio rápido son otros ejemplos recientes de cómo se pueden utilizar las herramientas para obtener ventajas.

Con equipos de fabricación CNC modernos y flexibles, cualquier mejora de herramientas que se introduzca en el mercado se puede integrar fácilmente. Evitar una modernización importante que requiera enormes gastos de capital y derribar instalaciones para instalar nuevos equipos puede ahorrarles a los fabricantes grandes cantidades de dinero y mejorar sus resultados. 
 


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