20 años de mecanizado

Metalmecánica empezó a circular en el mercado industrial latinoamericano hace ya 20 años. Debido a ello, durante 2015 estaremos publicando una serie de artículos que escudriñarán los avances de las máquinas herramienta y su impacto en los talleres de Latinoamérica. El presente es el primer reportaje de esta serie donde nuestra colaboradora hace un buen recuento de la transformación de los centros de mecanizado en el tiempo reciente. Para los lectores jóvenes, más de un par de datos resultarán reveladores; para nuestra audiencia más experta, al menos será un agradable paseo, con algo de nostalgia, y que seguro activará su deseo de aportar a estas historias.

A dos décadas del nacimiento de la revista Metalmecánica, hacer un recuento de la evolución del mecanizado en los últimos 20 años no sería posible sin contemplar los cambios sociales, económicos y tecnológicos que ocurrieron a lo largo del siglo pasado.

Si bien el último lustro del siglo XX y los primeros años de este nuevo milenio han resultado en el perfeccionamiento de las máquinas herramienta, y en este caso, de los centros de mecanizado, lo cierto es que los grandes saltos tecnológicos sucedieron a todo lo largo del siglo pasado.

Desde la electricidad, las fibras sintéticas, el radar, la grabadora, la televisión, y el transistor que llevó a un proceso de miniaturización de la electrónica, llegaron después los electrodomésticos, y la invención del circuito integrado, seguido del microprocesador, la computadora personal, las redes de datos, y la capacidad para almacenar datos en pequeños componentes como el disco compacto. Todos estos avances llegaron también a las fábricas del siglo pasado.

Entre los pioneros del mecanizado moderno está Henry Maudsly, que desarrolló el primer torno hecho completamente de metal para roscar tornillos, contribuyó al mecanizado moderno utilizando micrómetros y el dibujo de ingeniería, que se tradujo en alta precisión para el corte de piezas con un mínimo de ensayo y error.

Frederik W. Taylor, por su parte, realizó una investigación de 26 años que lo llevó a publicar sus teorías sobre el corte de metales. Creó modelos de ecuaciones simultáneas para describir relaciones causales complejas, y desarrolló el acero de alta velocidad con tratamiento térmico, lo que sin duda fue su mayor aporte para la mejora en la velocidad de corte en mecanizado.

En opinión de Brian Papke, presidente de Mazak Corporation, otros avances de las últimas dos décadas, que impactaron en la evolución de los centros de mecanizado, fueron los motores de accionamiento directo, los motores integrales y husillos con mayores revoluciones por minuto (rpm), que mejoran la precisión y los acabados superficiales de las piezas.

“También hubo un impacto significativo en el desarrollo cuando cambiaron las características de los husillos a bolas y fueron diseñadas las de máquinas herramienta de ejes para moverse más rápido, y cuando los métodos de cambio de herramienta se hicieron más rápidos y confiables”, explica Papke.

Gisbert Ledvon, director de Desarrollo de Negocio de GF Machining Solutions, detalla que la invención de nuevos rodamientos de cerámica impulsaron el desarrollo de husillos de motor que a su vez permitieron a los fabricantes de máquinas herramienta aumentar las velocidades de sus husillos, pero también los obligó a mejorar las tasas de aceleración y desaceleración de su eje en marcha rápida, y las alimentaciones.

Del control numérico a la simulación

A raíz de la necesidad de construir piezas más precisas y complejas para ensamblar aeronaves tras la Segunda Guerra Mundial, la Fuerza Aérea estadounidense encargó a John T. Parsons un proyecto del que surgió el control numérico (NC) en 1949, lo que llevó la electrónica a las máquinas. Su impacto fue tal que, incluso, la Sociedad de Ingenieros de Manufactura llamó a Parsons ‘el Padre de la Segunda Revolución Industrial’.

Pocos años después, llegaría el control numérico computarizado (CNC), para controlar las máquinas herramienta mediante la programación con una computadora. Se estandarizó el código G como lenguaje de programación, y los dibujos en papel comenzaron a ser reemplazados por diseños asistidos por computadora (CAD, por sus siglas en inglés).

En las últimas dos décadas los CNC se han perfeccionado, como comenta Miguel Ángel Vega, director de Ingeniería Virtual y Manufactura del Centro de Tecnología Avanzada (Ciateq), ubicado en Querétaro, México: “Hace 20 años los CNC no podían almacenar programas de más de 256 kb, hoy pueden almacenar varios Gb; hace dos décadas la velocidad de procesamiento o lectura de bloque de un programa en un CNC era de 200 líneas por segundo, hoy es de más de 2,000”.

La rápida evolución de los sistemas informáticos y su disponibilidad para ser aplicados a la maquinaria CNC, por ejemplo, el incremento en la velocidad de los procesadores, de los medios de transmisión de datos, como la fibra óptica, así como de la capacidad de almacenaje magnético de información, fueron fundamentales para el auge de estos equipos, afirma el experto de Ciateq.

Entre los 80 y 90, dice Salvador Icazbalceta, gerente general de Heller Machine Tools de México, es realmente cuando se hace el despegue del control numérico por computadora, y actualmente las nuevas tecnologías son basadas en esas máquinas de control numérico.

En ello coincide, Wade Anderson, gerente de Producto de Okuma, quien considera que más allá de los avances en el número de ejes, en el husillo y los servos, la tecnología de control gracias al uso de la PC ha abierto el mundo de la conectividad. Hoy, dice el directivo, se está literalmente limitado sólo por la propia imaginación, ya que si algo se puede hacer en una PC de escritorio o portátil, lo más probable es que se puede hacer en un centro de mecanizado.

“Tomar piezas en bruto, medirlas, registrarlas, ajustar las herramientas de acabado, colocar herramientas de manera redundante cuando expira su vida útil, cortar y recortar cuando es necesario, medir y registrar los medidas definitivas en los sistemas de software de seguimiento, todo sin un operador tocando la parte del control… hay personas haciéndolo todos los días. Esta ha sido la revolución en la manufactura moderna”, complementa Jim Endsley, especialista de Producto Centro de Mecanizado de Okuma.

En los 90, las máquinas se empiezan a equipar con sistemas de carga y descarga automática con manipuladores, robots articulados, puentes (gantry), etcétera, haciendo de éstas las llamadas células flexibles. Este cambio fue empujado por la necesidad de fabricar productos cada vez más personalizados.

Según Papke, de Mazak, la introducción de la automatización, como los sistemas de células diseñadas modularmente, ayudó a mejorar su productividad general. Los controles más sofisticados y fáciles de usar hacen la operación de la máquina más fácil, y el desarrollo de software especializado ha permitido la gestión avanzada de herramientas y el seguimiento del trabajo.

Los avances tecnológicos más significativos en centros de mecanizado en los últimos 20 años, a decir de Gisbert Ledvon, incluyen husillos de motores de alta velocidad, capacidades rápidas de aceleración/desaceleración, la tecnología de motor lineal, elementos de la máquina inteligente y mecanizado de 5 ejes, capacidades de precisión y acabado superiores.

“Hace veinte años, los husillos de 20,000 rpm eran una opción, pero hoy, los husillos de 30,000 rpm son un estándar en muchos centros de mecanizado. Y la tecnología de husillo actual permite, incluso, velocidades de hasta 80,000 rpm. Estas velocidades de husillo en constante aumento han contribuido a los tiempos de mecanizado mucho más cortos para los fabricantes de hoy en día”, añade Ledvon.

Con el desarrollo de CAD en los años 60, surge también la ingeniería asistida por computadora (CAE, por sus siglas en inglés) y la manufactura asistida por computadora (CAM, por sus siglas en inglés). Gracias a estos sistemas hoy es posible simular un proceso de mecanizado, desde el modelado de la pieza, detectar posibles fallas en herramientas, elementos de sujeción, etcétera, antes de realizar la pieza.

Así es como llegamos a la simulación, y a la necesidad de que los operadores tengan cierta preparación en CAD/CAM además del mecanizado, como explica Ledvon. “Hoy existe la capacidad de simular todo el proceso de mecanizado de piezas y automáticamente medir herramientas dentro de la misma máquina usando sistemas láser. Los operadores de hoy pueden cargar el modelo de un centro de mecanizado en el sistema CAD, ejecutar una simulación y verificar todo el proceso completo de la pieza antes que el programa vaya a la máquina, para ahorrar tiempo y dinero”.

El impulso automotor

El siglo XX trajo consigo una serie de cambios sociales, económicos y tecnológicos que transformaron la industria mundial a una velocidad sin precedentes. Se logró disminuir la tasa de mortalidad, elevar la esperanza de vida, y la población mundial creció como nunca antes.

Para atender las demandas de la creciente población, se incrementó la producción en todos los segmentos económicos. En el siglo XX la producción industrial se elevó alrededor de 35 veces comparada con los inicios de la industrialización, y hubo nuevas exigencias: mayor productividad, mayor calidad, menores costos, menores desperdicios, etcétera.

Comenzó el ‘despegue’ de varias industrias. Una que fue clave durante gran parte del siglo XX y lo ha sido en los primeros 15 años de este siglo, es la automotriz, cuyas exigencias en calidad, productividad, precisión y menores costos han impulsado el perfeccionamiento de la maquinaria y procesos de producción más flexibles.

El impacto de la producción de vehículos se puede juzgar por la cantidad de autos en el mundo. A principios de siglo había algunos cientos de unidades, para 1995 eran cerca de 600 millones, y 20 años más tarde, es decir, para 2014, prácticamente se había duplicado al llegar a casi 1,200 millones de vehículos circulando.

 “Antes los coches eran pesados, los motores eran más grandes, más costosos, y ahora baja el peso del auto sin sacrificar su calidad, rapidez, etc. Esto significa nuevos materiales y esto lleva a nuevos procesos de mecanizado. Antes eran materiales duros para los motores, hoy son materiales menos duros, más ligeros y eso implica nuevos procesos de mecanizado”, menciona Salvador Icazbalceta, gerente general de Heller Machine Tools de México.

Debido al tipo de industria que se ha desarrollado en América Latina, los países donde ha habido una especialización en el mecanizado de piezas, son principalmente Brasil y México, éste último sobre todo gracias a la industria automotriz que ha tenido un auge a partir de la firma del Tratado de Libre Comercio de América del Norte (TLCAN) con Estados Unidos y Canadá, según explica Ernesto Meier, director de Hi Pro.

Antes de la apertura comercial, la industria mexicana había estado cerrada a la competencia. A mediados de los 90 se inicia un crecimiento firme de la industria mexicana, varias involucradas con los procesos de mecanizado como la automotriz, la aeroespacial, de electrodomésticos, y eléctrica.

Datos del gobierno de México indican que entre 1999 y 2008, el sector automotor acumuló inversiones por 16,520.6 millones de dólares, incluyendo inversiones de la industria de autopartes y la industria terminal. Y de 2009 a 2014, se han anunciado inversiones para la construcción de 17 nuevas plantas automotrices.

En las dos últimas décadas, la mayoría de las armadoras con modelos Premium como BMW, Mercedes Benz, Audi y Nissan con su marca Infinity, se han establecido en territorio mexicano por la capacidad tecnológica que requieren estos modelos, asegura el director de Hi Pro.

De hecho, México se colocó como el sexto consumidor mundial de máquinas herramienta en el mundo en 2014, según lo registrado por algunas firmas especializadas y, junto con Estados Unidos y Canadá, ha mantenido un crecimiento estable en su demanda desde la década de los 90.

En la misma encuesta, Brasil se ubicó en el lugar 14 de 27 países, y Argentina en el sitio 22. La región de Sudamérica prácticamente se ha mantenido sin variaciones con un bajo consumo de máquinas herramienta desde los años 80, con un ligero repunte en los últimos ocho años.

Para Ernesto Meier, a México, cuyo mercado de consumo es el automotor de exportación, se le ha exigido una calidad que no se le ha demandado a Brasil, que es un mercado de autoconsumo: “La calidad y precisión son cambios drásticos en el mecanizado, las condiciones de corte, las velocidades se han multiplicado tres a cinco veces, la velocidad implica temperatura y la temperatura nos lleva a que haya materiales con resistencia térmica para que no se deterioren con alta temperatura”.
 
Explica que hoy México está en los primeros lugares de manufactura avanzada en el sector automotriz y prevé un futuro positivo en el mecanizado de piezas grandes como la aeroespacial, el transporte pesado, autobuses, camiones, trailers, cuyos fabricantes ya están en México lo mismo que los fabricantes de tractores como Caterpillar y John Deere que van a demandar más mecanizado de piezas de gran tamaño.

La última década del siglo XX y los primeros años de este siglo, han traído mayores capacidades en los centros de mecanizado: alta precisión, multitarea, operación desatendida 24/7, mecanizado de piezas de múltiples tamaños, cambiadores automáticos de herramienta, etcétera, y todos los sectores industriales que tienen operaciones de mecanizado se están beneficiando.

“En la economía global de hoy, el costo por pieza es clave, y la multitarea es un beneficio importante para los fabricantes. Por ejemplo, la capacidad de producir una parte más rápidamente, con geometría compleja y con más precisión, es crítico para aumentar la productividad y reducir los costos. La velocidad del mercado es mucho más alta, lo que es importante para los fabricantes que quieren tener operaciones just in time de manufactura. Los fabricantes hoy son capaces de producir volúmenes inferiores de piezas con una tasa de éxito mucho mayor”, añade David Lucio, vicepresidente de Ventas Norte y Sur América de Methods Machine Tools Inc.

Por su parte, Wade Anderson, de Okuma, señala que con los actuales centros de mecanizado los usuarios han conseguido la capacidad de crear herramientas que son específicas de su estilo exacto de fabricación, adaptada a sus necesidades específicas.

El gran mercado que representa el mecanizado alrededor del mundo, así como las industrias que dependen de él, como la automotriz, seguirán impulsando cambios en busca de lograr mayor eficiencia, calidad, productividad y vida útil.

Los expertos entrevistados por METALMECÁNICA INTERNACIONAL coinciden en que los últimos 20 años en la fabricación han sido emocionantes. Muchos cambios importantes han tenido un gran impacto en cómo son diseñadas y producidas muchas piezas y productos. Y como las máquinas herramienta y la tecnología de fabricación siguen evolucionando a un ritmo tan rápido, será interesante ver lo que depara el futuro.

 

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