Máquinas herramienta para fabricantes de herramientas

La dependencia de Estados Unidos de los proveedores extranjeros parece estar disminuyendo. Gran parte de esto se debe al golpe que sufrimos durante el COVID-19 y la posterior catástrofe de la cadena de suministro, una situación exacerbada aún más por la guerra comercial en curso con China.

“Desde finales de 2020 hasta 2021, la industria de semiconductores estuvo comprando máquinas CNC a un ritmo sin precedentes”, dice Don Langley, gerente de ventas de la región occidental de DN Solutions America Co., Pine Brook, Nueva Jersey (anteriormente Doosan Machine Tools). “Estos no eran los tradicionales tornos de dos ejes y fresadoras de tres ejes como cabría esperar: eran todos centros de mecanizado avanzados de cinco ejes, tornos multitarea y horizontales equipados con paletas. Otras industrias están empezando a hacer lo mismo y, por lo que veo y oigo, gran parte de esto se debe a la relocalización”.

Una de estas industrias es la de herramientas y matrices, la base de todas las formas de fabricación. Al igual que con los semiconductores, aeroespaciales y médicos, los materiales aquí suelen ser resistentes y las tolerancias ajustadas. Estos desafíos ayudan a explicar el impulso hacia máquinas herramienta más capaces e inherentemente más complejas.

Dave Ward, gerente de marketing de productos de Makino Inc., Mason, Ohio, señaló este hecho en el artículo Soup to Nuts of Dies and Moulds de Manufacturing Engineering de principios de este año, sugiriendo que los centros de mecanizado de cinco ejes son más productivos y precisos que los de tres ejes. homólogos y son ideales para este tipo de mecanizado. "Visitamos muchos talleres y en este momento hay tres tendencias principales: cinco ejes, cinco ejes y automatización", dijo.

Desafortunadamente, sigue siendo más fácil construir y comprar máquinas herramienta que encontrar personas que las manejen. Debido a esto, la gerencia de los talleres de herramientas y troqueles queda en una posición incómoda: demasiado trabajo y pocos trabajadores, lo que impide el crecimiento. Sin embargo, al igual que ocurre con la cadena de suministro nacional, se están haciendo esfuerzos para mejorar esta situación.

Está el ya mencionado Plan de Empleo de la Casa Blanca, que asigna 100.000 millones de dólares al desarrollo de la fuerza laboral, pero no es ningún secreto que las escuelas públicas, los colegios comunitarios y las universidades de todo Estados Unidos (junto con numerosas empresas de máquinas herramienta) han realizado importantes inversiones en la formación de la próxima generación de trabajadores. trabajadores de manufactura.

Aquellos que opten por carreras en oficios calificados encontrarán que la fabricación es muy diferente de lo que experimentaron sus padres hace unas décadas, y la industria de herramientas y troqueles no es una excepción. Como señalan Ward de Makino y Langley de DN Solutions, el mundo actual es cada vez más un mundo de automatización y máquinas herramienta CNC que eran sólo una fantasía cuando nacieron la mayor parte de los maquinistas veteranos.

"El problema laboral es parte del problema, pero en parte se debe al espacio limitado y al alto costo de los bienes raíces, especialmente aquí en la costa oeste, donde trabajo", dice Langley. "Tener maquinaria que ayuda a completar piezas en una o dos operaciones significa menos configuraciones y accesorios, menos trabajo en proceso, mayor flexibilidad y una huella mucho más pequeña".

Los talleres de herramientas y matrices también están solicitando maquinaria que admita tasas de eliminación de metal más rápidas, agrega Brock Herbert, ingeniero senior de aplicaciones de la región Centro Norte de Mazak Corp., con sede en Florence, Kentucky. "Obviamente, en este entorno hay que tener en cuenta requisitos de precisión extremos", afirma. "Pero dependiendo de la pieza de trabajo, a menudo se necesitan altas velocidades de husillo, con controles y servosistemas capaces de procesar grandes cantidades de código muy rápidamente".

Nuevamente, mucho de esto se aplica a los componentes aeroespaciales y médicos, donde las superficies esculpidas complejas y los metales resistentes son comunes. La herramienta y el troquel elevan este listón aún más con su amplio uso de aceros para herramientas, a menudo mecanizados en estado endurecido.

Sin embargo, por otro lado, también están los electrodos de grafito necesarios para moldear cavidades por electroerosión y otras características de las piezas, un material que presenta sus propios desafíos y oportunidades únicos. Esto incluye la relativa suavidad del material, su fragilidad y tendencia a astillarse, y la necesidad de un control sólido del polvo durante el mecanizado de electrodos.

Pero todas estas dificultades son bastante manejables con el equipo y las herramientas adecuadas, según Alan Hallman, gerente de ventas en América del Norte de MC Machinery Systems Inc., Elk Grove Village, Illinois (el importador y distribuidor de Roku-Roku, OPS Ingersoll, Mitsubishi Eléctricas y otras marcas de máquinas herramienta CNC). Como tal, dice, la producción en gran volumen de estas omnipresentes herramientas es a menudo la primera pieza fácil que las tiendas eligen.

"No se trata tanto de herramientas y troqueles, sino ciertamente del área de fabricación de moldes donde los talleres mecanizan grandes cantidades de electrodos", continúa Hallman. “Y dado que hay fresas disponibles que pueden cortar grafito durante unas cien horas sin un desgaste apreciable, automatizar estas aplicaciones es un ejercicio bastante sencillo. Por eso muchas tiendas inician aquí sus iniciativas de apagado de luces”.

El primer paso en este tipo de iniciativas es invertir en una máquina herramienta de alta calidad, pero quizás no por las razones esperadas. Sí, un centro de mecanizado excelente es necesario para cualquier taller que busque aumentar el rendimiento, la precisión y la calidad de las piezas, cualquiera que sea el segmento de la industria o la especialidad de mecanizado, pero también es un requisito previo para algo imprescindible para la automatización que a menudo se pasa por alto: la coherencia del proceso.

Para lograrlo más fácilmente, las tiendas deben estar dispuestas a adoptar el Internet industrial de las cosas (IIoT). Hacerlo significa la capacidad de controlar los procesos de mecanizado desde lejos, pero también abre la puerta al mantenimiento proactivo de la máquina, el monitoreo de herramientas de corte, la optimización de trayectorias y parámetros de corte, y otras capacidades que los fabricantes de herramientas y troqueles pueden utilizar para reducir costos y, Lo más importante es asegurarse de que la máquina seguirá produciendo chips a la mañana siguiente.

Es un tema profundo que los talleres mecánicos de todo tipo deben abordar para seguir siendo competitivos. Mientras tanto, esto es lo que los proveedores de máquinas herramienta podrían recomendar durante una visita de ventas típica a un cliente potencial de herramientas y troqueles, aunque es importante tener en cuenta que ninguna empresa ofrece una solución única para un segmento tan amplio del sector de fabricación. industria.

Por ejemplo, Sean Shafer, gerente de segmento para el mercado de matrices y moldes de Makino, podría sugerir los centros de mecanizado vertical V100S o D2 de la empresa. Esta última es una máquina de siete ejes con cambio de paletas, con más de dos metros de recorrido en los ejes X e Y y un husillo HSK-A100 inclinable/giratorio que “garantiza que la punta de la herramienta pueda posicionarse para proporcionar un contacto óptimo” y reducir Pulido manual de superficies de moldes.

El V100S de cinco ejes también está dirigido a fabricantes de moldes y matrices, con un husillo HSK-A63 de 20.000 rpm y recorridos de eje igualmente grandes. Ambas máquinas están equipadas con el servocontrol de Inteligencia Súper Geométrica (SGI.5) de Makino para abordar los requisitos avanzados de control de movimiento.

Aunque están diseñadas para componentes de moldes grandes, estas máquinas serían una incorporación bienvenida en muchos talleres de herramientas y troqueles. ¿Serían la solución ideal? Talvez no. La respuesta depende del tamaño de la pieza, los requisitos de precisión, las necesidades de eliminación de material, las cantidades de producción y una serie de otras variables en las que no tenemos tiempo de profundizar aquí.

"La fundición a presión, el moldeo por inyección de plástico, el estampado y la conformación, los progresivos... cada uno tiene similitudes, pero también es único en algunos aspectos", dice Shafer. “Por ejemplo, los fabricantes de moldes generalmente quieren que la herramienta salga de la máquina con el mejor acabado superficial posible, mientras que las cavidades súper lisas pueden ser un problema para los fundidores a presión. Y los fabricantes de troqueles progresistas tendrán requisitos de precisión mucho más estrictos que los de otros sectores de fabricación de herramientas, aunque todos ellos lidian con tolerancias estrictas”.

La tolerancia exigente es una de las razones por las que la automatización es difícil en este entorno. Y es por eso que los humanos seguirán en el sector de la fabricación de herramientas. “Cuando se mecanizan piezas con una precisión de una décima o dos, se necesita un maquinista experimentado para vigilar las cosas”, afirma Hallman de MC Machinery. "Si a esto le sumamos el hecho de que la mayor parte del trabajo aquí es de muy poca cantidad, se puede ver por qué automatizar el trabajo de herramientas y troqueles suele ser una lucha".

Una lucha, pero no imposible. Hallman señala la familia MEGA SSS de centros de mecanizado de cinco ejes de Roku-Roku como una de sus máquinas preferidas para talleres que pasan sus días "persiguiendo décimas", particularmente aquellos que compiten en el campo de piezas más pequeñas. Con motores lineales, husillos equipados con HSK con hasta 60.000 rpm y un procesador de alta velocidad 31i-B5, Al Contour Control II y un paquete de mecanizado de cinco ejes de FANUC, estas máquinas tienen una precisión "hasta la milésima parte de un milímetro."

Como se señaló, Hallman tiene otras opciones en su tarjeta de línea, incluida la línea Eagle de centros de mecanizado de cinco ejes de OPS Ingersoll, así como numerosas ofertas de automatización. "Hemos instalado varios cientos de sistemas de manipulación de materiales, incluidos los de EROWA, 3R, FANUC y Mitsubishi", señala. "Los dos primeros son especialmente populares entre los fabricantes de herramientas y troqueles, en gran parte debido a sus capacidades integradas de sujeción y sujeción de piezas, aunque todos son sistemas sorprendentes".

Asimismo, a Mazak no le faltan ofertas de productos. "En el extremo más grande, está nuestra línea FJV, un centro de mecanizado vertical estilo puente que viene en configuraciones de tres ejes y cinco caras de hasta 160 pulgadas en el eje X", dice Jared Leick, gerente del grupo de productos del centro de mecanizado. . “Se trata de máquinas muy robustas que son muy populares entre los talleres de herramientas y matrices, pero también está la familia VARIAXIS de verticales de cinco ejes, nuestras horizontales HCN y HCR. … Es una gama muy amplia de máquinas herramienta”.

Desde su perspectiva como ingeniero de aplicaciones, Herbert se apresura a señalar que la tecnología SMOOTH de Mazak y los ajustes SMC (SMOOTH Machining Configuration) configurables por el usuario son bastante populares entre los fabricantes de herramientas y troqueles, entre otros. Ambos proporcionan un control excelente sobre los sistemas de control de movimiento de la máquina, señala, incluida la precisión en las curvas, la anticipación, la aceleración y desaceleración del eje y otras variables que pueden afectar dramáticamente la calidad de la pieza, la vida útil de la herramienta y la productividad.

"El control también proporciona una representación gráfica de lo que hace cada configuración con respecto a las ventajas o sacrificios relativos que podría realizar al modificar cualquiera de los valores", dice Herbert. “No es necesario mecanizar una pieza para ver los resultados. Y una vez que el operador tiene todo configurado con la configuración óptima para un trabajo determinado, puede guardarlo con el programa de pieza para la próxima vez. Es una característica realmente excelente”.

DN Solutions tiene una oferta igualmente amplia, con más de 400 modelos, según Langley. "Sin embargo, las máquinas de cinco ejes han ganado popularidad en los últimos años", afirma. “Nuestros centros de mecanizado vertical DVF 5AX han tenido un gran éxito en este y otros mercados. Estos van desde el DVF 4000 con una mesa de 400 mm hasta el DVF 8000T con un husillo HSK, 18.000 rpm y apenas 40 pulgadas (1.016 mm) en el eje X”.

No es sorprendente que las máquinas con recorridos de mesa de 40” x 20” (1016 x 508 mm) sigan siendo las más comunes, al menos para DN Solutions. También lo son los husillos cónicos de 12K y 15K, aunque Langley señala que muchos talleres prefieren Big Plus y formas competitivas de interfaces de doble contacto por su mayor rigidez.

Y como era de esperar, los talleres mecánicos de todo tipo solicitan cada vez más opciones como cambiadores de paletas, refrigerante a través del husillo y de alta presión, sistemas de sondeo en la máquina y funciones de control de movimiento como AICC II y Smooth Tolerance Control de FANUC. u opciones avanzadas similares de Siemens, Mitsubishi y otros fabricantes de controles. Todos apoyan la automatización, aumentan la productividad o ambas cosas.

“Los talleres también se han dado cuenta de la importancia de una máquina herramienta cinemáticamente precisa, con mucha masa y estabilidad térmica”, afirma Langley. “Esto siempre ha sido cierto hasta cierto punto, pero ahora es más necesario que nunca. Dada la actual escasez de mano de obra, ya no es como antes, cuando un maquinista experto sabía cómo hacer cantar y bailar incluso una máquina de consumo. Aquellos días se han ido.

"Las máquinas herramienta ahora deben ser muy predecibles y precisas, sin importar quién las utilice", continúa Langley. “Este hecho es cada vez más importante con los materiales más resistentes y con tolerancias más estrictas, como las que se ven en las herramientas y troqueles, pero también en el mecanizado de piezas energéticas, aeroespaciales y médicas, etc. La industria está cambiando y las tiendas deben incorporarse a la tecnología más nueva o se quedarán atrás.

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