El futuro de la industria de herramientas de corte

Mientras ANCA celebra 50 años de avance en la tecnología de fabricación de herramientas, Edmund Boland, director general de ANCA CNC Machines (Bayswater North, Australia), mira hacia el futuro de 5 a 10 años.

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¿Solo una persona y un perro?

La vieja historia de la fábrica del futuro poblada por un humano y un perro -el papel del humano se limita a alimentar al perro, mientras que el perro se encarga de mantener a la persona alejada de la maquinaria- se acercará a la realidad para el  rectificado de herramientas.

Como mínimo, según Boland, todo el proceso de producción estará conectado digitalmente, "desde la recepción de la materia prima, pasando por el paletizado, el grabado láser y la preparación de las piezas en blanco... hasta el rectificado de herramientas y cuchillas, la preparación de bordes, el recubrimiento y el envío de los productos acabados.” Así, por ejemplo, cuando un trabajo concreto pase de la preparación del diámetro exterior a las rectificadoras de 5 ejes, las máquinas activarán automáticamente al programa correcto para terminar de rectificar las herramientas. Todo estará también vinculado al sistema ERP y MES de la empresa, lo que proporcionará "un análisis de datos muy bueno, para ayudar a tomar las decisiones correctas y mejorar los procesos.”

Ya es un hecho que procesos individuales como el rectificado de diámetro exterior o el acabado por flujo suelen estar altamente automatizados una vez que se ponen en marcha. Por lo tanto, lo que diferenciará a las empresas prósperas, según Boland, es el grado en que se hayan automatizado esos procesos y el grado en que también se haya automatizado la transferencia de material entre estaciones.

“En un taller pequeño o mediano, probablemente habrá una persona que mueva y escanee físicamente, digamos, una paleta desde la máquina de diámetro externo hasta la máquina de cinco ejes. Pero digitalmente, la máquina de cinco ejes recibe un archivo que dice que está recibiendo estos espacios en blanco, y todo está vinculado con el sistema ERP. Lo mismo sucedería si subcontrataran el recubrimiento. Digitalmente, están enviando esa información al recubridor, pero alguien está moviendo manualmente las herramientas desde los cinco ejes hasta el departamento de envíos. Mientras que en un taller grande, un carro robotizado haría los movimientos físicos.”  Ese es el caso de los Sistemas de Fabricación Integrados (AIMS) de ANCA.

 

Mejora de configuraciones y Calidad

Cuanta más automatización logre un taller, dice Boland, más consistente será su calidad de producción y más podrán concentrarse sus trabajadores en resolver problemas aislados y mejorar todo el proceso, con la ayuda de la IA. “Invariablemente, habrá herramientas que están fuera de tolerancia. Y alguien tendrá que preguntar: ‘¿Por qué? ¿qué necesitamos modificar? ¿Hay algún problema con uno de los pasos de producción? ¿está mal el programa?’”

Por lo tanto, las empresas competitivas dependerán de un número relativamente pequeño de personas altamente capacitadas para resolver problemas, que a su vez dependerán del tipo de capacitación avanzada disponible en la Academia ANCA.

Boland también prevé que el personal cualificado seguirá desempeñando un papel importante en la configuración de las máquinas, aunque también se avecinan cambios en este ámbito. “Por ejemplo, la tecnología como las lunetas tendrán sensores y la capacidad de realizar ajustes automáticos.” 
La compensación automática para corregir errores detectados durante el proceso ya es una realidad y esta capacidad seguirá mejorando, añade Boland. Por ejemplo, con la tecnología actual, si la máquina carga un blanco torcido, la sonda detecta el error y el problema de rectificado se ajusta automáticamente para producir una herramienta satisfactoria. Pero, “aún es necesario comprobar manualmente la primera pieza, especialmente si se trata de un nuevo tipo de herramienta. Después de eso, el sistema puede hacerse cargo. ‘La primera herramienta correcta’ ya es nuestro gran mantra. Deberíamos poder medir la primera herramienta y, si está mal, poder compensarla.” 

Un factor que contribuye es la capacidad cada vez mayor de los dispositivos de medición internos. Boland observa que sus láseres de nueva generación pueden medir la presencia de vaho refrigerante e incluso algo de petróleo residual en la propia herramienta. Los sistemas de visión aún requieren colocación y extracción manual después de su uso, pero “eso cambiará. Los sistemas de cámaras requieren una mejor ventilación que los láseres, pero existen soluciones. Un robot puede eliminar los residuos del entorno dentro de la máquina inmediatamente después de rectificarlos. O podría utilizar un robot para llevar la cámara a la máquina desde una ubicación externa.”

Al mismo tiempo, crecerá la lista de características que pueden medirse internamente y compensarse automáticamente. Hoy en día son cosas “como diámetro exterior, perfil de herramienta y profundidad de la ranura. En poco tiempo podremos hacer más. Las roscas de una fresa o un macho de roscar, por ejemplo. Una K-land O el corte. Siempre que pueda medirse dentro del sistema, puede compensarse.” 

Boland no cree que vayamos a eliminar la necesidad de máquinas de medición autónomas como la ZOLLER Genius, especialmente cuando se trata de medir características complejas. Pero prevé mejoras en la interacción entre estos sistemas y las rectificadoras de herramientas.

La clave, explica, en el establecimiento de protocolos de medición estandarizados para características geométricas específicas. “Hasta que se creen estos protocolos de medición, ningún rectificador de herramientas puede compensar una desviación medida. Por el momento, ANCA tiene disponible un conjunto estándar de medidas para fresadoras y taladros de extremo más simples. Pero a medida que instalamos AIMS en toda nuestra base de clientes, también trabajamos con estos clientes para ampliar la gama de mediciones que podemos compensar. Nos estamos metiendo en herramientas de perfil bastante complejas y fresas complejas, por ejemplo.”

 

Tolerancias submicrónicas

No es ningún secreto que las tolerancias son cada vez más estrictas. Boland afirma que alcanzar niveles de precisión micrométrica, e incluso submicrométrica, será la clave para captar muchas aplicaciones futuras. La demanda de tal precisión "crecerá, debido a las ventajas de estas herramientas de corte. Ya sea el acabado superficial de la pieza que se mecaniza, la vida útil de la herramienta u otros factores. Eliminar todas las pequeñas imprecisiones de la herramienta de corte eleva su rendimiento de forma significativa.”

Esta es también la razón por la que el mercado se está moviendo más hacia herramientas redondas sólidas que hacia cortadores indexables. “Los clientes quieren la rigidez de una herramienta redonda sólida y las ventajas de poder empujar la herramienta y al mismo tiempo lograr un excelente acabado superficial, informa ” Boland. 

"Eliminar las vibraciones va a ser absolutamente fundamental. Ya no se podrá colocar un extractor de vaho directamente debajo del tejadillo. La unidad de aire acondicionado dentro de una máquina herramienta va a ser muy importante. Porque si vibra, causará problemas". Así pues, un sistema central de refrigeración y un sistema central de extracción de vaho se convierten en requisitos imprescindibles.

Aunque Boland prevé una demanda creciente de herramientas cada vez más precisas, también cree que seguirá habiendo demanda de herramientas de menor costo. Esto, sumado al costo inherente y a la dificultad de cumplir las tolerancias más estrictas, limitará la adopción de las mejoras que acabamos de comentar.

 

Tendecias de materiales

El metal duro sigue siendo el material dominante en las herramientas de corte, pero el uso del PCD está creciendo más rápidamente, según Boland. Así, el PCD podría alcanzar el 30% del mercado en unos 10 años. La cerámica también está despertando más interés, pero sigue siendo una parte pequeña.

Asimismo, aumentará la necesidad de tecnologías de eliminación de materiales distintas al rectificado. El alambre y la electroerosión rotativa son ahora predominantes para la PCD, pero la ablación con láser merece ser observada, dice Boland. “Definitivamente es una tecnología emergente. Los clientes de las primeras máquinas las utilizan no sólo para PCD, sino también para carburo. En particular, las microherramientas se consideran ahora un potencial para la ablación por láser, y los fabricantes de herramientas están obteniendo resultados interesantes.

"En términos de PCD, la ablación por láser tiene definitivamente sus ventajas sobre la erosión. No necesita refrigerante ni electrodos de cobre consumibles". Así que, aunque las máquinas sigan siendo un 40-50% más caras que la tecnología de la competencia, con el tiempo pueden ahorrar dinero gracias a los menores costos de los consumibles. La ablación por láser también permite producir formas que no pueden crearse con la erosión, incluyendo las características superficiales. En cambio, no tiene sentido para estriar herramientas de mayor diámetro. Por tanto, Boland no está seguro de que la ablación por láser vaya a ser a corto plazo algo más que una solución de nicho.
Del mismo modo, no es probable que el mecanizado aditivo sustituya a más de unas pocas aplicaciones de arranque de material en la industria. Y su aplicabilidad a la producción de herramientas de corte parece limitada. "No creo que sea lo bastante eficaz en diez años. Pero podría servir para fabricar herramientas especiales, con canales de refrigeración internos imposibles de otro modo y ese tipo de cosas. También podría servir para crear herramientas de corte grandes y caras. Pero incluso si despega, no creo que sea lo bastante preciso como para eliminar la necesidad del rectificado de acabado.” 

Otras consideraciones del mercado

Dadas las eficiencias de producción que prevé Boland, se podría esperar que el rectificado muriera. Pero las soluciones de automatización antes mencionadas no sólo se aplicarán al rectificado, sino que Boland supone que la sostenibilidad seguirá haciendo de él un negocio viable.
Al mismo tiempo, la mayor eficiencia lograda por los fabricantes de herramientas con visión de futuro creará expectativas en el mercado de plazos de entrega más rápidos, incluso para pequeñas cantidades de herramientas especiales. En palabras de Boland, "la capacidad de producir fácilmente herramientas especiales optimizadas para un trabajo específico es lo que será importante para nuestros clientes.” 

Como era de esperar, la transición a los vehículos eléctricos está reduciendo la demanda de herramientas de corte en el sector automotriz hasta en un 50%. Esto varía en todo el mundo, y Estados Unidos está rezagado en la adopción de vehículos eléctricos. También hay “aplicaciones en crecimiento fuera del área de vehículos eléctricos que podrían ser compensatorias, afirma ” Boland, aunque el impacto total de los vehículos eléctricos será innegablemente grande.

"Y luego está la cuestión de dónde aterrizará la tecnología. Pero se trata más de un debate filosófico que factual. ¿Tomará el relevo el hidrógeno? ¿Regresará el combustible ultralimpio y dará una nueva vida al motor de combustión? ¿Quién sabe?

Cambios en el servicio y la asistencia

Boland predice que la IA "será un enorme mecanismo de mejora de la productividad en el futuro,” en parte porque contribuye a advertir con precisión y antelación de los fallos de los componentes. Incluso puede pedir automáticamente la pieza de recambio. De este modo, el mantenimiento preventivo se convierte en selectivo y eficaz, al tiempo que garantiza un tiempo de actividad casi ininterrumpido.

Por el contrario, Boland señala que la automatización multimáquina hace que cualquier tiempo de inactividad sea intolerable. “Los clientes pueden vivir sin una sola máquina durante uno o dos días. Pero si un sistema totalmente automatizado no funciona en un par de horas, eso es un gran problema. Por lo tanto, será importante poder responder rápidamente y las 24 horas del día. Habrá diferentes tecnologías para permitir que.” Esto incluye diagnóstico remoto y predictivo, “para reducir la necesidad de tener una persona de servicio en el sitio.”

Sea lo que sea lo que nos depare el futuro, seguro que será interesante. Y si Boland se equivoca en algo, siempre puede contar con su perro.

 

 *Edmund Boland, director general de ANCA CNC Machines