Superando obstáculos en la producción de componentes automotrices

Crear componentes automotrices de cavidades múltiples con alta precisión requiere el uso de herramental complicado. Para fabricar estos componentes de forma más eficiente, Strattec Security Corp. incorporó automatización en su proceso productivo.

Sin embargo, la automatización por sí sola no era suficiente para incrementar la capacidad, ya que la medición sobre la máquina creaba un cuello de botella. Al incorporar una máquina de medición por coordenadas (CMM) dentro de la celda automatizada, la compañía pudo eliminar el retraso generado frecuentemente en el departamento de herramental.

Aunque hace parte de la alianza de tecnología para sistemas de acceso vehicular (VAST), que es proveedora para fabricantes de equipo original en todo el mundo, el enfoque principal de la casa matriz de Strattec en Milwaukee, Wisconsin, es la fundición a presión y el estampado.

La compañía hacía parte de Briggs and Stratton hace más de 100 años, pero ahora, Strattec diseña, desarrolla, fabrica y comercializa bloqueos mecánicos, bloqueos y llaves electrónicamente mejorados, y carcasas con bloqueo de ignición.

Algunas de las funciones de diseño sobre los bloqueos y carcasas deben mantenerse entre ±0.0002 pulgadas. De otra manera, el material sobre el producto terminado no tendría la estabilidad adecuada. Para producir estas piezas complejas de forma eficiente, la compañía necesitaba una actualización.

Incorporando tecnología innovadora para mejorar la eficiencia

Trabajando con Premier Machine Tool Midwest (Hartland, WI), Strattec instaló la solución de automatización lineal Work-master de System 3R (Elk Grove Village, IL). 

Esta solución de automatización se desplaza sobre un riel para alimentar diversas máquinas y emplea el software de la compañía WorkShopManager, que vincula todos los procesos de mecanizado y medición. Para completar la celda de manufactura, Strattec adicionó también un centro de mecanizado de tres ejes, el Makino F5 para fresado en duro, y un segundo sistema para electroerosionado por sumersión.

Posteriormente, también instalaron un sistema de electroerosión por hilo.
La celda fue diseñada para trabajar en un proceso 24/7 en operación sin luz. Sin embargo, una vez estuvo en operación, Strattec estaba insatisfecha con el tiempo que requería completar un bache de producción.

Aunque fue configurada para sensar las piezas de trabajo y los electrodos sobre los CNC para determinar su orientación, el equipo encontró que el proceso requería una mano de obra intensiva, creando un cuello de botella.

Las máquinas CNC tenían que enfocarse en encontrar el componente, en lugar de mecanizarlo, y los operarios gastaban una gran parte del día preparando las piezas para la operación nocturna. Strattec no estaba sacando total provecho de la capacidad de la celda.

Un problema adicional se evidenció cuando los electrodos eran cortados: el fabricante de herramientas lo verificaba con instrumentos manuales, como micrómetros y bloques de galgas, pero las superficies 3D complejas de los electrodos permitían medir manualmente solo operaciones de piezas limitadas.

Eliminación de cuellos de botella y mejora en la calidad de inspección

Para eliminar el cuello de botella y mejorar la calidad de la inspección, la compañía instaló en la celda una Máquina de Medición por Coordenadas (CMM) para talleres, con metrología hexagonal Brown & Sharpe (North Kingstown, R.I.) para liberar a las máquinas de la tarea de medición de piezas en lugar de cortarlas.

Luego de la instalación, Strattec descubrió que la inspección de las piezas de trabajo es una operación secundaria del CMM de la celda. Su función principal es ubicar los electrodos y las piezas de trabajo sobre sus pallets antes de que sean alimentadas hacia la máquina de electroerosionado.

El proceso empieza cuando una pieza de trabajo paletizada o un electrodo es tomado por el robot desde la máquina fresadora. La pieza está muy sucia para ir directamente al CMM, así que se limpia para remover la suciedad y los restos de lubricación. El robot lleva luego la pieza al CMM para evaluar la compensación necesaria de los chisperos y las separaciones en las coordenadas X, Y, Z y C (rotación en el plano X-Y).

Las separaciones de las piezas de trabajo en los ejes X, Y, Z y C también son evaluadas. Las separaciones y los chisperos son enviados a la máquina-herramienta de forma directa por medio del software WorkShopManager, mientras el componente es enviado automáticamente a la máquina. Cuando la pieza se ha completado, se retorna al CMM para inspección.

Los datos recopilados por el CMM son importados en el software de Hexagon Metrology PC-DMIS, que incluye una completa biblioteca de macros concebidos para la industria de fabricación de troqueles. El software está compuesto por una completa suite de herramientas online y offline que mejoran el proceso de separación para electrodos y piezas de trabajo.

El juego de herramientas para electrodos mide su geometría real de quemado en lugar de confiar en la medición del espesor del electrodo (en la base del electrodo).

Estas mediciones se llevan a cabo en tan solo unos pocos minutos con un mayor grado de precisión que el método tradicional de inspección del espesor. Las herramientas online son comúnmente usadas para formas generales y ubicación de múltiples piezas de trabajo en un solo pallet.

Impacto de la integración del CMM en la celda automatizada

Luego de la integración del CMM en la celda automatizada, Strattec eliminó la pérdida de tiempo que se presentaba frecuentemente en su departamento de herramental, ya que los CNC se dedican ahora al mecanizado de piezas en lugar de funcionar como CMM. La programación no es más un proceso largo y tedioso en el que los electrodos se miden en la máquina de inmersión. En lugar de ello, la programación se lleva a cabo offline en una fracción del tiempo. Por ejemplo, anteriormente tomaba entre 2 y 3 horas para programar y medir un trabajo con 40 electrodos.

Luego de la instalación del CMM, el mismo bache de electrodos puede inspeccionarse por lo menos 50 por ciento más rápido, mientras que el sistema de electroerosionado está procesando otras piezas.

Adicionalmente, el método actual de fabricación de herramientas toma el elemento manual a partir de los datos de entrada. Cuando se configura un proceso, existe una cantidad de datos mínimos de entrada, lo cual libera al operario para trabajar con otras máquinas mientras la celda permanece activa. También, con el CMM suministrando las separaciones y el sobrequemado, todo se calcula automáticamente y los errores humanos no son más un problema en el ingreso de datos.

Mejora en la calidad y ahorro de recursos con la implementación del CMM

Ahora con una calidad mejorada, el departamento de herramental sabe cuáles electrodos están en buen estado antes de que sumerjan en el acero, según indica la compañía. Esto ahorra tiempo y dinero al no tener que reprocesar piezas rechazadas. También, con la precisión de un CMM, todas las piezas que abandonan la celda son verificadas de forma más precisa y sin que el operario esté presente.

Al poner valor en los beneficios, Reinhard Kindler, líder del grupo de trabajo de herramental explica: “Estamos empezando a acercarnos a 20 por ciento de reducción en el desperdicio. El tiempo que hemos ahorrado con la integración del CMM es aún mayor, probablemente en el rango del 30 al 40 por ciento. Esto se debe al efecto que éste tuvo en todas las demás máquinas de la celda. Al  implementar nuestro CMM Brown & Sharpe One, fuimos capaces de proporcionar mayor eficiencia a todos los demás equipos”.

Para ilustrar mejor el impacto, Strattec tuvo un cuarto trimestre extremadamente ocupado en 2012, con más trabajo que nunca antes pasando por el departamento. Aunque el equipo trató de optimizar la producción con su nuevo esquema, pudo a la vez fabricar todo el herramental requerido a tiempo y, para la mayor parte, dentro o por debajo del presupuesto.

Craig Broetzmann, líder del equipo CNC de Strattec, indica que está seguro de que sin la configuración actual de la celda hubiera sido imposible lograr este reto.

“En el pasado, un trabajo urgente nos hubiera obligado a dejar todo lo demás y movernos a dicho proyecto”, indica. “Ahora somos capaces de preparar un trabajo urgente en paralelo, mientras las operaciones del día a día continúan desarrollándose tranquilamente. Cuando el trabajo en paralelo es completado, simplemente procesamos el trabajo urgente. Los trabajos que tomaban entre dos y cuatro días en completarse se finalizan ahora normalmente en el mismo día”.

Strattec prevé más usos para la celda automatizada en el futuro. Por ejemplo, el departamento de herramental puede tomar piezas desde el área de estampado para inspeccionarlas sobre la CMM, en lugar de esperar a que pasen a través del control de calidad. El equipo puede hacer ajustes a la herramienta y realizar muestreos de forma prácticamente inmediata sin necesidad de esperar la respuesta de ningún otro departamento. La celda automatizada ha abierto nuevas posibilidades para la planta.