Un mapa de ruta hacia la efectividad de las herramientas de corte en la Industria Automotriz

El desarrollo de aplicaciones de inteligencia artificial y algoritmos de vehículos autónomos no son los únicos desafíos que enfrentan las compañías automotrices OEM en la actualidad. La demanda del consumidor está aumentando para que los autos nuevos estén completamente equipados con los últimos accesorios y tecnologías.

Herramientas de corte

Los gobiernos y las autoridades internacionales deben instigar y hacer cumplir nuevas leyes y reglamentos para cubrir estos desarrollos. Las agencias de protección ambiental también deben seguir el ritmo del progreso, especificando estándares de ingeniería y fabricación automotriz que resultan en especificaciones y pautas técnicas complejas. Al final de esta cadena, estos problemas afectan el precio del vehículo. Se espera que los fabricantes OEM automotrices suministren a los consumidores de equipos de última generación y con un mejor rendimiento del automóvil, y todo a un precio asequible.

Para lograr este objetivo complejo y reducir el precio final sin comprometer la calidad, los fabricantes OEM están investigando constantemente cómo reducir los costos de producción, que representan la parte más importante del costo total de fabricación. Las empresas globales que fabrican herramientas de corte se han encargado de identificar métodos efectivos para reducir los costos de producción e ISCAR, luego de un intenso análisis e investigación de tareas, recomendó primero dividir el objetivo general en dos objetivos: uno, incrementar la productividad de la planta de producción implementando medidas de eficiencia de proceso; y dos, reducir el costo por unidad (CPU por sus siglas en inglés), mejorando la arquitectura de las herramientas de corte.

Incrementar productividad

El proceso de corte de metal se puede dividir en dos estados: la operación de corte de la herramienta durante la extracción de material de la pieza y el movimiento en vacío de la herramienta. Esta etapa combina movimientos de aproximación, retracción y cambio de herramienta.

Operación de corte de la herramienta

Las condiciones adecuadas de corte representan un parámetro importante durante el mecanizado. Los fabricantes de herramientas de corte ofrecen sus propias recomendaciones para los parámetros de corte en función de su rica experiencia y comprensión de los procesos de corte de metales a nivel micro estructural.

Para satisfacer estas necesidades, ISCAR desarrolló la aplicación ITA-ISCAR Tool Advisor, un conjunto de herramientas de asesoría en línea para que los usuarios ingresen los parámetros y limitaciones de trabajo deseados, para obtener soluciones de mecanizado apropiadas para cada trabajo. El software selecciona la mejor solución disponible para la aplicación ingresada, proporcionando recomendaciones de herramientas de corte (incluyendo profundidad y ancho de corte y número de pasadas), parámetros de corte, requisitos de potencia y resultados de productividad para cada opción de solución.

Todas las posibles combinaciones de parámetros en una operación de mecanizado, pueden contrastarse contra un único parámetro denominado MRR (Metal Removal Rate: Tasa de Remoción de Material) y un valor más alto de este indica una mayor productividad. Los usuarios pueden utilizar esta base de datos de conocimientos y aplicarla a sus procesos de mecanizado confiando que tanto la selección de tecnología de herramientas como de su correspondiente condición de corte han sido optimizadas para lograr una alta productividad con la máxima eficiencia y un mínimo de desperdicio.

Movimientos en vacío

Los movimientos en vacío, en un proceso de corte que no puede descuidarse si de producción en serie se trata, ya que el tiempo de movimiento en vacío es costoso. ISCAR aborda este problema al aconsejar a los fabricantes que revisen sus procesos tecnológicos y que utilicen un enfoque de herramientas combinadas para reducir los movimientos de retracción y cambio de herramientas.

Herramientas combinadas

Dado que una solución moderna a un proceso tecnológico de mecanizado completo, suele comprender docenas de herramientas, esta contribución a la optimización de la producción es muy significativa. Cada diseño combinado de herramienta tiene en cuenta un parámetro central de la máquina, como el diámetro máximo de corte, las limitaciones de velocidad del husillo, la potencia del motor del rotor y más.

Herramientas de corte Ind. Automotriz 1
Figura 1

La Figura 1 muestra una herramienta combinada diseñada por ISCAR, para el mecanizado de un soporte de punta de eje de hierro fundido. La herramienta combina perforado, biselado frontal, biselado posterior, escuadrado y escuadrado a tiro. Al usar esta herramienta, el tiempo de ciclo se reduce significativamente, logrando el cliente una reducción en el tiempo “chip to chip” de hasta un 60 por ciento.

Ahorrando espacio

Los diseños combinados de herramientas también ofrecen una solución para los problemas de capacidad de los carruseles de almacenamiento de herramientas de las máquinas, especialmente cuando el espacio de producción es limitado. La capacidad del carrusel es proporcional a la huella que ocupa la máquina en el layout de planta. Es decir que el tamaño de la máquina afecta los costos.

Herramientas de corte Ind. Automotriz 2
Figura 2

Las figuras 2, 3 y 4 muestran una selección de herramientas combinadas de ISCAR:

Figura 2: PRE-ROSCADO DCNT (M8-M24) Brocas con insertos indexables para achaflanado, utilizados principalmente para agujeros de pre-roscado.

Herramientas de corte Ind. Automotriz 3
Figura 3

Figura 3: MULTI-MASTER MM EDF Cabezales de metal duro intercambiables de 3 canales para achaflanado superior e inferior.
Figura 4: SSB-LN15-R / L Fresas de corte de un solo lado, tipo disco, que llevan insertos LNKX 1506 con sujeción tangencial.

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Figura 4

 

Reducción del Costo por Unidad (CPU)

El resultado final para los fabricantes OEM de automóviles es el costo de producir una pieza y las herramientas de corte representan un factor de costo variable al establecer un parámetro de costo por unidad.

El precio de la herramienta por sí solo no se considera un parámetro importante para calcular el costo de la pieza, aunque, por supuesto, afectará el costo final del producto, pero, como se muestra en la ecuación siguiente, el número de filos de corte del inserto representa un parámetro significativo para las herramientas con insertos intercambiables. Esta ecuación calcula el efecto del precio de inserto en el CPU total e ilustra la relación entre los diferentes parámetros de los ítems consumibles (insertos) de la herramienta. El concepto es claro: “Número de filos de corte por inserto” es el denominador de la fracción y un número mayor disminuirá en consecuencia el CPU.

Ecuación CPU

Esta básica ecuación ayuda a entender los principios de cálculo del CPU. La ecuación puede ser generalizada con parámetros adicionales: vida útil del cuerpo de herramienta, costo del cuerpo de herramienta, etc.

Las principales empresas metalúrgicas aplicaron este concepto para crear productos de nueva generación con múltiples filos, como por ejemplo ISCAR que ha desarrollado una amplia gama de productos con múltiples filos, entre los que podemos mencionar a la familia HELIQMILL, una familia de herramientas con tres filos que “evolucionaron” de la conocida familia HELI2000.

En este caso, el inserto de sujeción radial HELIIQMILL HM90 ADCT 1505 HELI2000 con dos filos de corte helicoidales se adaptó para integrar tres filos, dando como resultado el inserto triangular con sujeción radial HM390 TDKT 1907 HELIIQMILL con tres filos de corte helicoidales (fig 5), conservando el mismo nivel de precios.

Herramientas de corte Ind. Automotriz 5
Figura 5

El parámetro “vida útil por filo “ en esta ecuación es inversa a la CPU, lo que significa que su extensión disminuirá significativamente el valor del CPU.

Una amplia gama de patentes de propiedad intelectual, procesos estables de producción de insertos, un tratamiento superficial de vanguardia y un estricto control de calidad: estos puntos se consideran esenciales para mantenerse competitivos. Siendo la investigación y desarrollo de nuevos materiales y su implementación, un componente integral de este objetivo multipropósito.

Herramientas a la altura del desafío

La cooperación sinérgica entre fabricantes OEM y fabricantes de herramientas con respecto a los turbo-cargadores ofrece una valiosa ilustración de esta estrategia, donde ambas partes hicieron esfuerzos considerables para optimizar y estabilizar el proceso tecnológico de producción de carcasas de turbinas. La materia prima más común utilizada fue acero DIN 1.4848 -un acero de colada austenítico resistente al calor- pero las fuerzas de racionalización y la presión por la reducción de costos requirieron un cambio hacia alternativas más baratas: aceros de fundición austeníticos resistentes al calor DIN 1.4837 y DIN 1.4826, que son más difíciles de mecanizar.
Fundición de acero austenítico resistente al calor es considerado un material óptimo para carcasas de turbinas. La temperatura de trabajo de un turbo alimentador es de alrededor de 1000°C. El material tiene excelentes características y gran resistencia a los esfuerzos durante un servicio sostenido a las temperaturas de operación.

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Figura 6

Se solicitó a los principales fabricantes de herramientas que encontraran soluciones a este nuevo desafío. ISCAR logró esto con la integración del nuevo grado de metal duro MS32 junto a la geometría y el tratamiento de filos adecuados para producir herramientas con mejores condiciones de corte y una maximizada vida útil de insertos. De este esfuerzo surgió el reconocido inserto S845 SNHU 13 MS32 con 8 filos de corte helicoidales y sujeción radial (Fig. 6).

El mercado se benefició al recibir nuevas herramientas dedicadas para la producción de carcasas de turbinas.

En la ruta correcta

Este desarrollo ilustra cómo el modelo colaborativo de cliente fabricante-OEM ha llevado a un nuevo camino en el desarrollo de herramientas, y cómo ISCAR aplica sus amplios recursos intelectuales para crear herramientas combinadas inteligentes para mejorar la productividad reduciendo el CPU. El mercado automotriz se beneficia de las nuevas aplicaciones y todo el mundo se mantiene en el buen camino para mantener bajos los precios mientras se optimiza el rendimiento.

Más información: www.iscar.com.ar

Ver tambien:

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