Bruñido automatizado para creación de piezas consistentes

Para ajustarse a los exigentes requerimientos de tamaño y acabado superficial de piezas complejas, Micron Manufacturing, ubicada en Lagrange, Ohio, empleó un sistema de ajuste a dimensión por bruñido con diamante de una sola pasada. Sin embargo, la compañía notó que este proceso estaba creando piezas inconsistentes así como tiempos muertos y costos de inspección.

Máquina de bruñido Nagel Eco 40: una solución automatizada

Al agregar una máquina de bruñido Nagel Eco 40 de Nagel Precision, completamente automatizada, la compañía eliminó sus problemas de calidad y obtuvo tiempos de proceso consistentes.

Por más de 20 años, Micron Manufacturing ha fabricado componentes intrincados y subensambles de precisión para fabricantes de sistemas automotrices. Los volúmenes de producción están entre 200,000 y 4,000,000 piezas con tamaños entre 3 mm y 125 mm.

La compañía procesa materias primas que incluyen barras, lingotes endurecidos en frío o piezas forjadas hechas de acero al carbono o acero inoxidable.

En una aplicación reciente de carcasa de inyector de combustible plateada al níquel, uno de los agujeros requería una tolerancia de perforación de ±3 micras y un acabado superficial con una máxima rugosidad Ra de 0,2 micras, un valor máximo de Rpk de 0,2 micras y un mínimo Rvk de 0,1 micras.

Desafíos con el sistema de bruñido de diamante

Micron estaba usando inicialmente un sistema para ajuste dimensional por bruñido de diamante de una sola pasada para obtener estas especificaciones, pero algunas de las características de la máquina hacían esto difícil. Las herramientas tipo mandril plateado, típicas del sistema, requerían compensación manual por desgaste generado por la deformación plástica.

Todos los husillos de bruñido en la máquina de ajuste dimensional de diamante eran movidos por un único motor y montados sobre un costado. La mesa de indexado movía la pieza de estación en estación y la pieza era inspeccionada manualmente al final del ciclo. Estos factores causaban que Micron experimentara numerosos problemas al producir carcasas para inyectores con este proceso.

Problemas con el proceso manual y sus consecuencias

Por ejemplo, la forma en que se compensaba el desgaste en las herramientas del sistema lo hacía muy inconsistente. Teniendo en cuenta que las herramientas plateadas tienen solo una capa de herramienta de corte, no es posible afilarlas luego de que se acaba el plateado para garantizar que la primera pieza sea buena todo el tiempo.

Como resultado, Micron indica que el cambio de herramienta era una pesadilla. De acuerdo con la compañía, a veces tomaba semanas de ensayos y procesos de ajuste para encontrar una herramienta que pudiera mantener las especificaciones de tamaño y acabado superficial.

Esto causaba interrupciones severas y frecuentes en el proceso de producción y se necesitaba un banco de piezas para cubrir la demanda del cliente durante las fases improductivas. Como resultado de ello, se mantenía un gran inventario de herramientas todo el tiempo.

Otro problema con el proceso de ajuste a dimensión se llevaba la mayor parte de la tolerancia de impresión permisible, lo cual incrementaba significativamente los costos de inspección final.

Asimismo, el proceso de inspección final no era capaz identificar qué herramientas en las diferentes estaciones estaban desgastadas. El operario tenía que medir el tamaño del agujero de cada estación de forma individual y luego reemplazar la herramienta desgastada. Estas paradas frecuentes, además de causar tiempos muertos, también tenían un efecto de deterioro en la vida de la herramienta.

Por ejemplo, si la herramienta en la estación de desbaste (la primera estación) se desgastara a una tasa mayor, el agujero resultante sería más pequeño y otras herramientas aguas abajo tendrían que compensar tratando de remover más material. Esto causaba que las herramientas en las estaciones subsecuentes se desgastaran prematuramente.

Características y ventajas de la Nagel Eco 40

Dichos problemas llevaron a Mark Zupan, presidente de Micron Manufacturing, a reemplazar la máquina manual de husillo múltiple de diamante para ajuste a dimensión por una máquina completamente automatizada para bruñido, la Nagel Eco 40 con medición posproceso y compensación automática de desgaste.

La máquina de bruñido de un husillo Eco 40 consta de un sistema servoasistido con cuatro ejes –uno para cada movimiento del husillo rotación, avance, expansión de la herramienta y actuación de la mesa giratoria–. Está máquina es controlada por un PLC AB ControlLogix.

El sistema de posproceso y medición final proporciona retroalimentación al sistema de compensación automática de desgaste en el husillo de bruñido. Al medir cada pieza se puede monitorear el tamaño del agujero en el 100 por ciento de las piezas y se pueden realizar ajustes de submicras para compensar el desgaste de la herramienta.

La herramienta de bruñido es reafilada sobre el cuerpo de la herramienta usando un rectificador de precisión en la Nagel, con el objetivo de garantizar que la primera pieza sea buena y así agilizar el cambio de herramienta.

El sistema de compensación de desgaste de herramienta servocontrolado está diseñado para reducir más los tiempos muertos de corte, mientras mejora la calidad del agujero para la carcasa del inyector. Una vez insertada en el agujero, la herramienta se expande a una tasa rápida de alimentación de 220 micras por segundo, con el 45 por ciento del torque disponible, hasta que alcanza un valor predeterminado de agujero, cercano al límite deseado.

Luego se cambia a una tasa de expansión de 200 micras por segundo, con el 15 por ciento del torque disponible, para impedir el daño de la herramienta. Hacia el final del ciclo de programa, la herramienta se expande a 2 micras por segundo con cerca del 10 por ciento del torque disponible. El sistema monitorea constantemente tanto la tasa de expansión de la herramienta como el porcentaje de torque disponible.

El operario pude reducir la tasa de expansión de la herramienta para obtener tolerancias más estrechas o incrementar el torque para obtener tiempos de ciclo más rápidos. Este enfoque produce agüeros de alta calidad en términos de acabado, tamaño y cilindricidad, según indica la compañía.

Las piezas bruñidas con la Eco 40 consumen solamente el 50 por ciento de la tolerancia disponible para tamaño y acabado, produciendo altos valores de Cpk, así como redondeces y rectitudes por debajo de 0.0005 mm.

Zupan indica que la Nagel Eco 40 resolvió todos los problemas asociados con el sistema de bruñido de diamante de una sola pasada para ajuste a dimensión y ha permitido reducir los inventarios de herramientas.

El retorno de la inversión para Micron se obtuvo pronto mediante cambios de herramienta rápidos y confiables, calidad del agujero mejorada y tiempos operativos consistentes. La medición posproceso y la función de compensación automática de tamaño en la Eco 40 eliminaron todos los inconvenientes relacionados con el control dimensional, explica Zupan.