Impacto de la criogenia en el maquinado aeroespacial

Un simple hecho de la vida: el mecanizado produce calor. Es un efecto secundario desafortunado del trabajo con metal y causa todo tipo de dolores de cabeza para los operarios. Es lógico pensar que, si se puede eliminar del proceso, suceden cosas buenas como: ciclos más rápidos, una vida útil más larga de la herramienta e incremento en la calidad de las piezas. Imagine los resultados si pudiera bajar la temperatura a -321 ° F (-196.1 °C) justo donde la herramienta se encuentra con la pieza de trabajo. Sería increíble, ¿verdad? Bueno, esa es la teoría detrás del mecanizado criogénico. ¿Cómo funciona todo esto en la vida real? 

El cliente

Milling Precision Tool Company (MPTC) es un taller de máquinas CNC ubicado en Wichita, Kansas (EE. UU), que satisface las necesidades de la industria aeroespacial local. Con una plantilla de unos 30 empleados, trabaja con clientes como Cessna/Textron, la división aeronáutica de Lockheed Martin, Boeing, y muchos más. Dado que sus puertas han estado abiertas durante 55 años, deben hacerlo bien. Con una cultura con visión de futuro, la organización se está reinventando continuamente: mejorando los procesos internos, usando un enfoque lean, implementando el flujo de una pieza y siempre pensando en formas de reducir los tiempos de configuración. 

Mike Craig, socio de MPTC, explica que “hace aproximadamente un año comenzamos a estudiar la tecnología de mecanizado criogénico y cómo podría beneficiar a nuestro taller en el mecanizado de metales duros como el titanio, el acero inoxidable y otras aleaciones, así como materiales compuestos para la industria aeroespacial”. 

En ese momento, Doosan acababa de unir fuerzas con 5ME Cryogenics para mostrar las ventajas del mecanizado criogénico. El proceso único, y con múltiples patentes, de mecanizado criogénico de 5ME es una tecnología innovadora que permite mayores tasas de remoción de metal y una vida útil más larga de la herramienta al suministrar nitrógeno líquido a -321° F a través del husillo/torreta, cabeza de corte, herramienta de corte y directamente al filo de corte. Esta tecnología de mecanizado, amigable con el medio ambiente, eleva el rendimiento, la calidad de las piezas, la vida útil de la herramienta y la rentabilidad, al tiempo que elimina los fluidos de corte y reduce el consumo de energía. 

¿Cómo se unió todo?

El Doosan NHP 6300, un centro de mecanizado horizontal con portaherramienta de cono 50, equipado con un husillo BIG PLUS de 10.000 rev/min, fue la máquina elegida como base para las aplicaciones criogénicas de Milling Precision Tool. El NHP 6300 tenía las carreras y todas las características de máquina que necesitaban para trabajar sus piezas. 

Denny Creitz, el vendedor de Machine Tool Specialties (distribuidor de Doosan Machine Tool America en esa región), sabe lo que hace. Durante los últimos cinco años ha estado trabajando con MPTC en la estandarización de equipos dentro del taller. Los invitó a Warren, MI, donde estaban ubicados 5ME y la máquina NHP 6300, y supervisó las pruebas de desbaste y acabado como parte del proceso de investigación. Convencidos de que era lo que necesitaban, MPTC emitió su orden de compra para el NHP 6300 equipado con maquinado criogénico inmediatamente.

Resultados

De acuerdo con Will Gruber, gerente de Mercadeo y Ventas de Canal para 5ME, Milling Precision Tool recibió la máquina y ha estado trabajando sin parar con el NHP 6300. MPTC comenzó a abordar aplicaciones de metal duro en titanio (6AL4V), acero inoxidable (15-5 PH) así como otras aleaciones. 

Iniciaron mecanizando piezas previamente cortadas utilizando refrigerante con tecnología criogénica y han visto mejoras masivas en el tiempo de ciclo, algunas de ellas tan cercanas a una reducción del 50 %. La remoción de material fue aproximadamente el doble de la tasa de refrigerante convencional. También obtuvieron un ahorro del 30 % con criogénicos respecto al uso de refrigerante (costo de refrigerante más costo de eliminación de refrigerante). 

Mientras que la vida útil de la herramienta permanece constante a los 60 minutos (el estándar de la industria), MPTC está mecanizando 2-2.5x más rápido, por lo que la vida útil de la herramienta por pieza (material removido) aumenta 2-2.5x más, lo que significa menos costo de la herramienta por pieza individual. Todo esto resultó en menores costos de repuestos y entregas más rápidas para sus clientes. 

Un embajador criogénico

Basándose en su experiencia, Milling Precision Tool se ha convertido en una sala de exhibición para 5ME, Doosan y Machine Tool Specialties, así como para los clientes locales de la industria aeroespacial para que puedan ver de primera mano los beneficios del mecanizado criogénico. 

MPTC realizó una presentación de dos días para Cessna/Textron en sus instalaciones, mostrándoles la máquina, explicando los beneficios del mecanizado con nitrógeno líquido y exhibiendo piezas de muestra para presentar los tipos de acabados que se pueden lograr sin el refrigerante tradicional. Eso llevó a Cessna/Textron a actualizar las especificaciones de manufactura de sus proveedores para incluir el mecanizado criogénico como una metodología permisible para mecanizar sus piezas. 

A medida que Milling Precision Tool busca nuevas ofertas y su negocio crece, ya se ha hablado de ampliar sus instalaciones y agregar más máquinas, tanto para el mecanizado criogénico tradicional de aluminio como de metal duro. Eventualmente, les gustaría llegar a un punto en el que sea posible operar sin supervisión. 

Aunque sus volúmenes pueden no considerarse de alta producción, los tiempos ciclo pueden ser largos al mecanizar piezas aeroespaciales, por lo que la implementación de automatización es otro plan para el futuro. Para ello, Doosan ofrece un sistema de pallets rotativos y lineales reequipables para el NHP 6300 que permitiría al operador alejarse de la máquina por un turno y también minimiza el tiempo de configuración cuando se debe mecanizar una variedad de piezas. 

A la vanguardia

Esta instalación fue el primer centro de mecanizado criogénico horizontal en Wichita y el primer centro de mecanizado horizontal para Milling Precision Tool. Estar a la vanguardia de esta tecnología fue importante para MPTC ya que les permite presentar de primera mano los beneficios de la tecnología a sus clientes, que son importantes actores clave en la industria aeroespacial.