Cornellá de Llobregat, enero 2015 – Las operaciones de mecanizado se centran en producir piezas precisas al menor coste para maximizar la rentabilidad. El método tradicional para reducir los costes de mecanizado consiste en acelerar los índices de producción con parámetros de mecanizado más agresivos, basados normalmente en mayores velocidades de corte. Sin embargo, este enfoque no reconoce factores de costes significativos, como el gasto derivado de las piezas dañadas y los periodos de inactividad. Una estrategia que ofrece una visión general de la economía productiva a lo largo del proceso proporciona el mejor equilibrio entre productividad y costes de fabricación, incluidos todos los factores de coste.
Control de costes
Existen algunos elementos relacionados con los costes de fabricación que los fabricantes no pueden controlar. Por ejemplo, el coste y tipo del material a mecanizar se determinan en función del uso final del componente mecanizado. No es posible ahorrar dinero sustituyendo fundiciones grises por Inconel® en un motor de turbina. De igual manera, la inversión que se realiza en las instalaciones para herramientas de mecanizado, su mantenimiento y la potencia necesaria para su funcionamiento constituyen básicamente un coste fijo que, por lo general, implica pagos continuos de préstamos para los equipos. Los costes de mano de obra resultan algo más flexibles, aunque se fijan al menos a corto plazo. Todos estos costes, incluidos los gastos en herramientas, se deben compensar con ingresos procedentes de la venta de componentes mecanizados. Además, el aumento del índice de producción, velocidad a la que las piezas de trabajo se convierten en productos acabados, puede compensar también los costes fijos.
Más rápido no significa mejor
Entre los elementos del proceso de mecanizado que los fabricantes pueden controlar se incluyen los parámetros empleados en las herramientas de corte. Las diferentes herramientas, técnicas y estrategias empleadas influirán en los índices de producción. Además, en muchos talleres se cree que simplemente con aumentar las velocidades de corte se producirán más piezas en cada periodo de tiempo y, por tanto, se reducirán los costes de fabricación.
La situación es mucho más compleja. El aumento de las velocidades de corte tiene un precio. En general, cuanto más rápido se realiza una operación, más inestable resulta. Las tensiones, incluido el aumento de las fuerzas de corte y la generación de calor, afectan a la herramienta y a las piezas por igual. Además, puede que la herramienta se rompa y dañe la pieza, o que la vibración o el desgaste de la herramienta provoque la variación de las dimensiones de las piezas, lo que empeora el acabado superficial de las mismas. Como resultado, se obtienen piezas estropeadas cuyo coste debe restarse a los beneficios. En función del valor del material a mecanizar y la aplicación final del componente (por ejemplo, una superaleación de coste elevado para un componente aeronáutico complejo), los daños producidos en una pieza pueden tener un efecto devastador sobre el coste total de la operación de fabricación. Además, un proceso que opera en los límites de fiabilidad no puede funcionar sin supervisión o de forma semicontrolada, lo que elimina una posible fuente de ahorro en mano de obra.
El aumento de las velocidades de corte también tiene un efecto directo en la vida útil de la herramienta. El uso de velocidades demasiado altas acelera el desgaste de las herramientas hasta el punto de necesitar cambios de herramientas frecuentes. Debido a que el desgaste se produce más rápidamente, se necesitan más herramientas para acabar el mismo número de piezas. Por lo que las mejoras teóricas en los costes de fabricación e índices de productividad se ven reducidos por los costes derivados del uso de herramientas adicionales y los periodos de inactividad de las máquinas.
Costes derivados de los periodos de inactividad de las máquinas
El uso de velocidades más elevadas aumenta los costes de las herramientas de corte, en cambio reduce los costes de máquina. Puesto que la máquina produce más piezas en cada periodo de tiempo, los costes fijos de las máquinas se pueden compensar con mayores ingresos. Sin embargo, a medida que las velocidades aumentan a partir de cierto punto, los costes de las herramientas de mecanizado comienzan a incrementarse de nuevo. La vida útil de las herramientas se reduce de tal forma que la reducción de costes de las máquinas tiene un efecto mínimo comparado al del rápido aumento del gasto en herramientas y el periodo de inactividad debido al cambio de las herramientas. Además, unas velocidades de corte extremadamente altas y unos parámetros de mecanizado agresivos pueden, en algunos casos, añadir costes por mantenimiento de las máquinas e incluso provocar periodos de inactividad derivados de fallos imprevistos de las máquinas.
Parámetros óptimos
La aplicación de mayores velocidades de corte puede aumentar los índices de producción pero también incrementar de alguna forma los costes de las herramientas. Por el contrario, unas velocidades de corte inferiores reducen los costes de las herramientas pero, por lo general, la productividad disminuye.
Un enfoque equilibrado implica velocidades de corte reducidas con aumentos proporcionales del avance y la profundidad de corte. El uso de la máxima profundidad de corte posible reduce el número de pasadas necesarias y, por tanto, el tiempo de mecanizado. El avance debe maximizarse también, aunque un avance excesivo puede afectar a los requisitos de acabado superficial y la calidad de la pieza. En algunos casos, el aumento del avance y la profundidad de corte al mismo tiempo o la reducción de las velocidades de corte, puede incrementar el volumen de extracción de viruta que solo se consigue con velocidades de corte superiores.
Una vez lograda una combinación estable y fiable del avance y la profundidad de corte, se pueden utilizar las velocidades de corte para realizar una calibración final de la operación. El objetivo es conseguir una mayor velocidad de corte que reduzca los costes de las máquinas (por pieza producida) pero que no aumente excesivamente los costes de las herramientas de corte (por pieza producida) debido a la aceleración del desgaste de las herramientas.
Un modelo rentable
A principios del siglo 20, el ingeniero mecánico americano F.W. Taylor desarrolló un modelo para la determinación de la vida útil de las herramientas. Dicho modelo muestra que para una determinada combinación de profundidad de corte e índice de avance existe un margen de velocidades de corte en el que el deterioro de la herramienta resulta seguro, predecible y controlable. Si se trabaja dentro de dicho margen, es posible cuantificar la relación entre la velocidad de corte, el desgaste de la herramienta y la vida útil de la misma. El modelo engloba rentabilidad y productividad, y proporciona una clara perspectiva del objetivo a la hora de definir la velocidad de corte óptima para una operación.
A velocidades de corte inferiores, la suma de los costes de herramientas de corte y herramientas de mecanizado produce una rentabilidad máxima, con cierto coste en cuanto a productividad. Por otro lado, unas velocidades más elevadas proporcionan una máxima productividad pero la rentabilidad se ve afectada. Entre la velocidad de corte más económica y la velocidad que maximiza la productividad se encuentra la velocidad de corte de alta rentabilidad.
Por otro lado, en ocasiones las cuestiones económicas y tecnológicas coinciden. Por ejemplo, la resistencia y la mala conductividad térmica del titanio requieren un mecanizado a velocidades de corte bajas que, por lo general, dan como resultado unos costes de mecanizado inferiores. En este caso, son las propias características de la pieza de trabajo las que determinan los parámetros de mecanizado que proporcionan un equilibrio entre productividad y rentabilidad.
La estabilidad del proceso es crucial
La clave para mantener la productividad y la calidad de las piezas, así como evitar daños en las mismas, consiste en establecer un proceso de mecanizado estable. La economía productiva global se define de forma pragmática como «la garantía de la máxima seguridad y el mantenimiento de la máxima productividad con el menor coste de producción posible».
El establecimiento de un proceso estable incluye la creación de un entorno de producción óptimo. Además de seleccionar el material, el recubrimiento y la geometría de las herramientas que mejor se adaptan a la pieza y las operaciones específicas, se debe considerar la optimización del programa de mecanizado CAM, los soportes y la aplicación de refrigerante. Los dispositivos de automatización del trabajo, tales como los palés o sistemas de carga / descarga de piezas automáticos, deben también formar parte de la integración de procesos, ya que la manipulación de las materias primas y las existencias de productos acabados pueden suponer una cantidad significativa de periodos de inactividad de las máquinas.
Cuestiones adicionales
Más allá de los objetivos de productividad y rentabilidad establecidos a largo plazo, el sector de la fabricación está haciendo cada vez más hincapié en cuestiones relativamente nuevas como los problemas medioambientales. Un enfoque equilibrado centrado en lograr una economía productiva puede ayudar a resolver también estas cuestiones. Si se usan unas velocidades de corte más bajas se requiere menos energía para retirar el material de la pieza. Además, las reducciones de la profundidad de corte y el aumento del índice de avance proporcionan una mayor reducción del consumo de energía. Unas velocidades de corte más bajas aumentan la vida útil de las herramientas, además de reducir el consumo, la necesidad y el reciclado de las mismas. La disminución de la generación de calor resultante de la aplicación de velocidades de corte inferiores puede permitir un uso mínimo de refrigerante o hacer que su utilización no sea necesaria.
Conclusión
La adopción de estrategias de economía productiva global requiere un análisis general sobre el entorno de mecanizado y la aceptación de opiniones contrarias a muchas de las prácticas de mecanizado establecidas. No obstante, la puesta en práctica de estos conceptos puede mejorar el ahorro de costes y la calidad de las piezas, además de hacer posible una producción más ecológica mientras se mantiene la productividad a lo largo de un proceso de fabricación estable y fiable en general.
Por:
Patrick de Vos, responsable de formación técnica corporativa del grupo Seco Tools
Con sede en Fagersta (Suecia) y presencia en más de 50 países, Seco Tools es proveedor líder mundial de soluciones de corte para fresado, torneado, taladrado y portaherramientas. Durante más de 80 años, la empresa ha proporcionado los sistemas, procesos y servicios de asistencia de los que se han valido los diferentes fabricantes para obtener la máxima rentabilidad y productividad.
