Fabricación de moldes: la integración automatizada de células con múltiples tecnologías

Fabricación de moldes: la integración automatizada de células con múltiples tecnologías

Fresado, penetración EDM, medición y lavado

En la fabricación de moldes y matrices, se está produciendo una profunda transición. La yuxtaposición previamente favorecida de máquinas individuales que requieren una alta intensidad de mano de obra se reemplaza gradualmente por células complejas y totalmente automatizadas con manejo integrado que combina diferentes tipos de equipos. La principal ventaja es un mayor grado de utilización, ya que los sistemas pueden operar sin atención las 24 horas del día, los 7 días de la semana. El requisito previo para ello es una digitalización más intensiva de los procesos tal y como prevé la Industria 4.0, respaldada por un mayor nivel de inversión. Otro factor importante de éxito para un proyecto de este tipo debe ser fomentar la participación de la fuerza laboral como el capital más importante de la empresa.

«Con un total de alrededor de 25 empleados, somos responsables de la producción de moldes de fundición, moldes por inyección y moldes termoestables para el Grupo Festool», dice Jürgen Kopsieker, jefe de fabricación de herramientas y moldes en la planta de Neidlingen de Festool GmbH en Alemania.

El departamento está organizado como un centro de ganancias y tiene que mantenerse al día con las demandas del mercado en términos de calidad, tecnología y precio. No recibe sus pedidos directamente de las plantas del Grupo, sino de proveedores de sistemas que han sido encargados por la empresa matriz para desarrollar y fabricar nuevos productos. Con estas empresas, Neidlinger Werkzeugbau debe ganar el contrato en cada caso en una comparación directa de precios y rendimiento con el mercado libre.

Tomislav Jurisa (izquierda) y Jürgen Kopsieker en el armario de control de la fresadora Röders RXP 601 DSH HSC (Foto: Klaus Vollrath)
Las tareas de ingeniería y preparación del trabajo se realizan utilizando las principales herramientas CAD-CAM (Foto: Klaus Vollrath)

Por otro lado, el departamento puede obtener pedidos del mercado libre para utilizar sus capacidades. Además de la fabricación pura de herramientas, la gama de servicios también incluye consultoría de diseño e ingeniería. Para ello se utilizan herramientas CAD-CAM modernas como CREO-Parametrics o Hypermill.

De un clásico taller de «máquina verde «…

«Hace unos tres años y medio, todavía éramos un departamento de fabricación de herramientas de estilo antiguo con cinco máquinas individuales en verde máquina herramienta clásico», agrega Tomislav Jurisa, Coordinador del Equipo de Fabricación.

El equipo constaba de una máquina de EDM de hilo, una planta de EDM de penetración y tres centros de mecanizado de fresado. Solo un centro de fresado  tenía cinco ejes. Estas  plantas  eran supervisadas constantemente de la manera tradicional por empleados que, además de monitorear los procesos de mecanizado, realizaban tareas como amarrar y desamarrar piezas de trabajo, cargar y descargar las máquinas, y configurar y cambiar herramientas.

Además, los supervisores también se encargaron de la garantía de calidad. Por lo tanto, la utilización de las máquinas no fue satisfactoria. En este punto, la compañía decidió actualizar exhaustivamente el taller a la tecnología más puntera por razones estratégicas a un costo considerable.

… a una célula totalmente automatizada basada en el modelo de la Industria 4.0

«Queríamos una célula de fabricación automatizada en la que una amplia variedad de tecnologías como el fresado de cinco ejes, la EDM de penetración, la medición por coordenadas y, además, la limpieza húmeda profesional estuviese totalmente integradas», revela J. Kopsieker, «para que pudiéramos operar todas nuestras tecnologías clave de manera automatizada y vinculada». A esto se sumaron instalaciones de almacenamiento para herramientas de fresado y electrodos, así como para piezas de trabajo montadas en palets Erowa. Todas las tareas de transporte son realizadas por un robot de manipulación que funciona en un riel lineal. Dentro de esta célula, todos los procesos son completamente no tripulados. La tarea de los empleados es suministrar a la célula las piezas de trabajo a procesar y las herramientas necesarias.

También son responsables de crear los programas NC para todos los procesos de producción integrados. La celda está totalmente controlada  por el gestor de trabajos RMSMain de Röders. RMSMain  en sí está vinculado hacia arriba  a la jerarquía de TI de la empresa basada en el sistema ERP IK Office.

Röders como contratista general con responsabilidad general

«Básicamente, había dos razones para elegir a Röders como nuestro socio con la responsabilidad general de la célula completa», dice T. Jurisa. En primer lugar, ya había muchos años de experiencia de otras instalaciones de Röders dentro del Grupo Festool. Por lo tanto, el fabricante ya tenía una buena reputación con respecto al rendimiento, la fiabilidad y la precisión del mecanizado de fresado. Además,  Röders  presenta credenciales de una multitud de instalaciones exitosas o soluciones completas de células de fabricación totalmente automatizadas, incluida la integración de productos de terceros de una amplia gama de fabricantes.

Una vez finalizada la instalación, un total de cuatro sistemas Röders  (dos  centros de mecanizado de fresado de cinco ejes de la serie RXP, el robot de manipulación y el gestor de trabajo RMSMain) forman ahora la columna vertebral de la producción de moldes y herramientas  de Festool. Además, el sistema tiene capacidad para 110 piezas de trabajo paletizadas y 258 herramientas. Esto se complementa con la capacidad de los cambiadores de herramientas en las propias fresadoras. El RXP 601 DSH se utiliza principalmente para el mecanizado de electrodos de grafito, mientras que el RXP 950 DSH más grande se utiliza principalmente para el mecanizado duro.

Los materiales utilizados allí son principalmente acero para herramientas de trabajo en caliente 1.2343 y algunas veces el acero para herramientas de trabajo en frío 1.2379. el material en bruto se mecanizan en desbaste en condiciones ya endurecidas (54 – 60 HRC) y posteriormente se terminan en la misma estacada.

El gestor de trabajos de RMSMain coordina todos los procesos en la celda y se comunica con el departamento de preparación del trabajo y el sistema ERP de Festool (Foto: Klaus Vollrath)

LAS MÁQUINAS RÖDERS RXP

Las fresadoras de 5 ejes Röders HSC de la serie RXP han sido diseñadas para los requisitos de precisión más altos combinados con altas tasas de eliminación de metales, especialmente cuando se mecanizan materiales duros. Están equipados con accionamientos directos lineales sin fricción que permiten un mecanizado dinámico y de alta precisión. Un requisito previo esencial para esto son las reglas ópticas de alta precisión en todos los ejes: cuando se trata de precisión, no se hacen concesiones. Debido a su precisión y dinámica, las máquinas también se pueden utilizar para el rectificado de coordenadas, si están equipadas en consecuencia. Además, el eje Z cuenta con una compensación de peso al vacío patentada y sin fricción. Para garantizar la máxima estabilidad térmica, las máquinas cuentan con un sofisticado sistema de gestión de la temperatura. La temperatura del medio que fluye a través de todos los componentes principales del sistema se controla con una precisión de ± 0,1 K, o ± 0,02 K para ciertas aplicaciones.

Otra característica especial es el sistema de control patentado RMS6 basado en la tecnología de PC, cuyas funcionalidades se adaptan con precisión a las tareas específicas de fresado de alta precisión HSC o rectificado de plantillas. Dado que Röders ha desarrollado el propio sistema de control sobre la base de PC industriales y el sistema operativo Windows, las actualizaciones tanto del hardware como del software están disponibles bajo petición en cualquier momento, de modo que la obsolescencia de las máquinas por parte de su sistema de control es prácticamente imposible. En la etapa de expansión actual del control con la función Racecut, la corrección de desviaciones tiene lugar con la frecuencia de muestreo excepcionalmente alta de 32 kHz en cada bucle de control. Esto permite reducciones significativas en el tiempo de mecanizado y, al mismo tiempo, garantiza una calidad óptima de la superficie.

En comparación con el procedimiento anterior (desbaste en estado blando, luego endurecimiento y finalmente acabado), esto reduce significativamente los tiempos de mecanizado y los costos. 

El ahorro de costes se debe principalmente a reducciones significativas de los pos-procesados manuales. Además de las dos fresadoras, la célula también incluye una máquina de medición de coordenadas de Hexagon, una planta de EDM por penetración de Exeron y un sistema de lavado automático de Mafac. Las herramientas y piezas de trabajo se suministran y se retiran de la celda a través de sistemas neumáticos.

Aquí, se introducen el material en bruto sujetos a palets y se descargan los componentes del molde terminados. Todos los demás procesos dentro de la célula tienen lugar automáticamente, coordinados por el gestor  de trabajos de RMSMain, sin necesidad de que el personal intervenga.

Funcionamiento sin problemas

«Estoy francamente encantado de lo bien que funcionan juntos los sistemas individuales en la célula», dice un satisfecho J. Kopsieker. El gestor de trabajos RMSMain está diseñado como un sistema abierto y cuenta con todas las interfaces necesarias para la comunicación con la propia TI de la empresa, así como con sistemas externos.

La cooperación entre los expertos de Röders y los especialistas de Hexagon, Exeron y Mafac funcionó de manera excelente, de modo que todos los sistemas de la célula trabajaron juntos sin ningún problema desde el principio y la productividad proyectada y la calidad de los componentes se pudieron lograr de manera confiable. La célula ha estado funcionando desde mediados de 2019 sin ningún problema significativo. La utilización en la operación 24/7 es ahora muy significativamente más alta que los niveles alcanzados anteriormente. «Estamos muy satisfechos con la utilización actual», dice J. Kopsieker.

Personal «totalmente a bordo»

«Con una transformación de tan largo alcance de un departamento en un tiempo relativamente corto, es crucial que los empleados estén detrás de ella», explica T. Jurisa. En una empresa altamente técnica como Festool, el personal cualificado y comprometido es el capital operativo decisivo. Si no logra «traer a la fuerza laboral» y convencerlos de los beneficios del rediseño, incluso obtener la mejor tecnología posible no lo llevará muy lejos.

Alimentación de una pieza de trabajo paletizada en la esclusa de aire de la celda (Foto: Klaus Vollrath)

Después de todo, se trataba de reemplazar todo el modo de operación anterior con procesos de trabajo fundamentalmente nuevos. Afortunadamente, una gran parte de la fuerza laboral tiene los medios de trabajo, así como trabajadores locales conocedoras de la tecnología, que se sabe que tienen problemas solo cuando se les pide que cambien de su idioma regional al alto alemán.

No solo aceptaron la necesidad y las ventajas del cambio, sino que se comprometieron activamente con él, incluso en situaciones estresantes en las que la producción en curso tuvo que mantenerse en medio del cambio. El hecho de que el software desarrollado por Röders se basara en el sistema operativo Windows, lo que lo hacía  relativamente fácil de aprender,  resultó ser una ventaja.

La estructura y el manejo de la programación tanto para los controles de la máquina como para el gestor de trabajos también se adaptaron bien a los procesos típicos a nivel de taller.  En total, solo se requirieron dos sesiones de capacitación, inicialmente una semana para las máquinas y luego otros tres días para el gestor de trabajos. Si hubo algún problema durante la fase de puesta en marcha, la ayuda se proporcionó de manera rápida y competente, en parte con la ayuda del mantenimiento remoto desde la sede en Soltau, y en parte directamente por el personal de servicio local de Röders.

Klaus Vollrath b2dcomm.ch

EL GRUPO TTS

El Grupo TTS es una empresa familiar de tamaño mediano y tercera generación con más de 3.000 empleados que vende sus productos a nivel internacional en 58 países. Con varias filiales bajo un  techo común, el grupo de empresas se ha establecido con éxito en el mercado internacional de herramientas eléctricas, especialmente con la marca Festool  ampliamente en uso establecida entre  carpinteros, pintores, pintores de automóviles y el sector de la renovación y remodelación. Las filiales estadounidenses SawStop y Shaper  refuerzan  sus  competencias en el campo de la tecnología de seguridad y la digitalización. En 2019, el Grupo TTS generó unas ventas consolidadas de 629 millones de euros.  La compañía es uno de los mayores empleadores de la región de Esslingen y recientemente recibió los títulos de «Mejor empleador de Alemania» y «Mejor campeón digital».

La división de fabricación de productos de fabricación de herramientas y moldes de Festool es un fabricante de herramientas de moldeo por inyección, fundición y termoestables altamente complejas e innovadoras y, por lo tanto, contribuye  significativamente a la excelente calidad de las herramientas eléctricas de Festool, así como  de  muchos productos  de  sus  clientes externos en diversas industrias. (Sitio web: https://www.festool.de/unternehmen/werkzeug-und-formenbau)

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