Producción eficiente de blisks

La planta Honeywell de Chihuahua tenía inconvenientes para la producción de sus blisks, ya que la pieza quedaba fuera de centro y les generaba retrabajos y riesgos de scrap. El uso de un dispositivo de medición y un software les permitió superar ese cuello de botella.

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En la unidad de manufactura de Honeywell, ubicada en la ciudad de Chihuahua, se fabrican muchos de los impeler utilizados en aviones comerciales. Básicamente, dichos impeler son compresores radiales y axiales. El área de compresores axiales de la planta de Chihuahua produce 5 números de parte, cuatro de ellos similares. Sin embargo, se les estaba presentando un inconveniente para el mecanizado de dichos impeler. Dentro de las características que tienen hay un requerimiento de dibujo que se llama desplazamiento axial, lo que significa que el mecanizado queda fuera de centro. “Es una distancia que te pide un origen al centro y siempre nos quedaba movida”, explica el ingeniero Luis Adrián Gallegos, Ingeniero de Manufactura de Honeywell. Esto puede suceder por un mal montaje del operador; porque la fixtura o la pieza esté dañada; porque queda rebaba dentro de la pieza; porque la operación anterior viene fuera de dimensión o por una mala medición previa. Por tanto, son varias las causas que pueden generar la falla para que la pieza de trabajo quede fuera de centro.

“Al tener fuera de tolerancia esta característica, automáticamente la pieza está discrepante y origina lo que nosotros llamamos un RMA. ¿Qué nos implica eso? La pieza se somete a la persona de diseño, donde se hace un análisis y se determina si la pieza puede usarse así o si requiere un retrabajo, una reparación o se desecha. Eso nos sucedió varias veces, pero afortunadamente ninguna se desechó”. Sin embargo, el costo que tiene el análisis de diseño para someter una pieza a revisión y decidir si sirve tiene un costo de aproximadamente 66,900 dólares”, explica el ingeniero Gallegos.

La producción de los impeler es compleja. Por ejemplo, el que menos tarda toma alrededor de 4 a 5 horas. Y el que más, toma 60 horas, incluido el montaje en la máquina, que lleva alrededor de 130 herramientas. En el caso de un blisk, el que menos dura está entre 12 y 13 horas, y el que más dura está en un promedio de 16 a 17 horas. Es un tiempo largo, susceptible a que cualquier apagón o una herramienta quebrada lo eche a perder todo. Por ello, siempre deben estar muy pendientes de la máquina.

“Por ejemplo, yo tengo dos semanas para la producción. Cada día tengo programado en qué operación va a ir avanzando la pieza. Si me sale descentrada, se segrega y el análisis puede que tarde una semana o un día”, afirma Gallegos. Esa situación implica retrasos de tiempo por los análisis, el tiempo inerte de la máquina, retención del flujo de trabajo, además de sobre costos, lo que influye bastante en el tiempo de producción de una pieza. “Estamos hablando de 14 a 15 horas por pieza, entonces si afecta bastante”, afirma el ingeniero Gallegos.

Cómo encontraron la solución

Cuando iniciaron con el proyecto de la producción de los impeler se les presentó el inconveniente con los ajustes de la pieza de trabajo en el centro de mecanizado vertical. “En ese entonces, tuvimos algunos eventos. Al final del ciclo, revisamos los métricos y vimos que traíamos elevado este tema. Entonces nos preguntamos: ¿qué vamos a hacer y cuándo lo solucionamos? Nos juntamos en aquel entonces, el que era mi jefe y yo, que era el ingeniero de producto de calidad, y analizamos opciones. Buscábamos cómo poder mejorar el proceso sin tener que invertir”. Así fue como mirando opciones encontraron a Renishaw, que a través de Raúl Barriga, Director Comercial de Renishaw en México, les ofreció la alternativa de usar un palpador y un software para que hiciera la medición de la pieza antes de realizar el mecanizado, de manera que detectara los desplazamientos axiales que venían padeciendo.

Luego de ver las alternativas, adquirieron la sonda RMP600, una sonda de contacto compacta de alta precisión que cuenta con transmisión por señales de radio y proporciona todas las ventajas de la preparación automática de trabajos. Además, también les ofrecía la capacidad para medir geometrías de piezas 3D complejas, como el caso de sus impeler, en los centros de mecanizado del taller. A su vez, complementaron la sonda con un software de inspección en PC para centros de mecanizado, el Productivity+. Dicho software les proporciona un entorno de programación muy fácil de utilizar para incorporar rutinas de inspección y tomar decisiones durante el proceso en los ciclos de mecanizado. Entre otros beneficios, simplifica una extensa gama de tareas comunes, como la medición de componentes y la verificación de piezas, para agilizar el desarrollo de las tres áreas fundamentales del mecanizado. También les ayudó con las tareas de preparación de procesos y de trabajos, identificación de piezas y herramientas, que se ejecutan antes del mecanizado para garantizar que el proceso se realice sin problemas.

La sonda les ayudó a que la pieza quedara simétrica, ya que cuando ocurren desplazamientos, al momento de girar, lo haría mal o fuera de posición y eso era lo que tenían que evitar. Para el mecanizado del impeler, la pieza se monta sobre el cúrvico del impeler, que es la parte donde están los dientes y la base de la fixtura. Si se monta mal, todo el mecanizado va a quedar desplazado y ese es el error que querían evitar: el desplazamiento axial. Si el mecanizado queda desfasado se puede retrabajar, pero los blades o cuchillas quedan muy delgados y fuera de tolerancia. La intención es que la posición siempre esté donde debe estar y que el mecanizado esté centrado.

Actualmente, el palpador llega y toca la pieza en diferentes lugares y puede detectar si la posición de la pieza no es la adecuada para el mecanizado (si está arriba o abajo). Ellos cuentan con una tolerancia de 3 milésimas. “Ahora con 3 milésimas no hemos tenido error y pensamos reducir la tolerancia a una milésima, pero al final la tolerancia es de 5 milésimas totales. Si la dejamos muy marginal, saliendo del mecanizado después de los procesos especiales, se mueve, y como entra a un proceso químico como el decapado, donde se remueve material, las dimensiones cambian y por eso debemos detectar si algo va mal. Por eso, trato dejarla centrada desde el primer paso para que al final no se mueva de tolerancia”, explica Luis Adrián Gallegos.

“El palpador nos ayuda en la detección y antes de que ocurra el efecto, ya que anteriormente no teníamos manera de detectarlo. Montábamos el impeler y se montaba su reloj indicador y hasta que no lo mecanizábamos, después de 16 horas con 17 cortadores, más una hora de medición, podíamos saber si la pieza estaba bien o mal. Ahora podemos prevenir que nos salga mal una pieza y puedo realizar acciones antes de correrla para corregir si algo está mal”, explica el ingeniero Gallegos.

Por su parte, el software Productivity+ les ha ayudado en la detección de esas fallas. “Desde que se implementó no hemos tenido discrepancias, ni scraps, ni fallas. Las piezas se protegen y empacan y las enviamos a la planta de Phoenix, en Estados Unidos, donde se ensamblan y se envían al cliente final”, dice el ingeniero Gallegos. Además, el software les ayuda a realizar las tareas de control durante el proceso, como supervisión del estado de la herramienta, actualización de medida de la herramienta o el mecanizado adaptativo, dependiendo del resultado de la medición. Todas estas tareas se ejecutan durante el proceso de mecanizado para poder adaptarse a las variaciones del mecanizado en tiempo real.

 

Proceso de mecanizado del blisk

La fixtura consta de varios ensambles, no es una sola pieza. Sin embargo, cada ensamble puede conllevar un error. “Son como cuatro ensambles, si uno lo dejas mal, más el error acumulado, entonces ya te afecta. Lo que hicimos fue que estandarizamos las dimensiones de la fixtura, porque tenían variaciones entre ellas”, explica el ingeniero Gallegos. Se estandarizaron también las programaciones, es decir, antes tenían un programa para cada máquina. “Eso nos afectaba, porque nos quitaba flexibilidad; porque si un día una máquina se descompone o requiere mantenimiento, o hay un paro programado, entonces, teníamos que mover el trabajo”, comenta Gallegos.

Para esa problemática también les sirvió el Productivity+, ya que ahora pueden preparar el proceso y la preparación del mecanizado de los blisk y los impeler, además de que este software de inspección les permite la identificación de piezas y herramientas, ejecutados antes del mecanizado para garantizar que el proceso se ejecute sin problemas.

Además, el el Productivity+ les ayuda con las tareas de creación de informes posproceso, que proporcionan información sobre los procesos completados y facilitan la toma de decisiones para futuras operaciones y procesos.

Desde que implementaron la sonda de Renishaw no han tenido más inconvenientes, ni rechazos, ya que el palpador les ayudó en la detección de las fallas. Anteriormente, no podían detectar si la pieza estaba mal hasta que no se mecanizaba y se medía. “Ahora, antes de mecanizarla tengo la certeza de que me va a salir bien. Eso fue básicamente la detección. Antes el operario la montaba, ponía su reloj, indicaba el diámetro, las caras y hacia lo mejor posible, pero si omitía algún paso, si la fixtura estaba dañada, si había una rebaba, si tenía un golpe, a partir de allí todo lo demás iba a salir mal. Ahora sí lo podemos detectar antes de que ocurra el defecto”, cuenta Gallegos. Y, sobre todo, pueden retrabajar la pieza. “Antes sí se podía retrabajar y arreglar las piezas, pero era un riesgo en el que decíamos: traemos tanto, nos queda tanto, métele tanto y a ver cómo sale. Y a partir de ahí teníamos la referencia para las demás, pero siempre había el riesgo de que al menos la primera pieza la podíamos perder. Ahora ya teniendo los datos de la sonda y el software es más fácil para nosotros decir si se retrabaja y queda bien, y si la pieza puede avanzar sin ninguna restricción”.

Cómo se adaptó la sonda: el dispositivo se instaló en el centro de mecanizado y se hizo la integración; luego se le agregaron los macros al programa de la pieza de mecanizado. Como los programas CNC son muy largos (tienen de 14,000 a 20,000 líneas para este caso) la descarga dura mucho tiempo. Como todo es inalámbrico, si la señal falla, se va la luz o alguna otra cosa inesperada pasa, se pierde la señal y existe la posibilidad que el programa se baje incompleto y a la hora de correrlo si le falta una línea o un número, la máquina se va a estancar o genera scrap, o incluso se puede dañar la máquina.

“Podemos hacer una comparación con el programa real, el original. Eso nos permite asegurar que al menos el programa está completo. Es un doble check. Ya con el programa que desarrolló la gente de Renishaw se hace el comparativo con el nuestro para asegurar que está completo. Se ejecuta y mide. Nosotros le pusimos unas tolerancias de acuerdo con el histórico que nosotros consideramos razonable, y con base en las tolerancias, puedo asegurar que va a salir bien. Tenemos dos inspecciones después de que mecanizo la pieza; luego lleva un acabado manual, un rectificado y un balanceo. Entonces, todo ese proceso al final me forma la pieza”, comenta Gallegos.

La pieza debe ser inspeccionada, y esa misma característica tiene que ser medida. “Si yo dejaba muy marginal esta característica (el desplazamiento axial) en el mecanizado inicial, antes de empaque, en extrusión final ya no me daba, por la malformación que sufre con el proceso químico. Entonces, lo que tratamos de hacer fue reducir la tolerancia, centrar un poco más el proceso para que al final esa variación, con los demás procesos, no afectara la tolerancia y tener fluido en el empaque”, explica el ingeniero Gallegos.

La intención a futuro es implementar la sonda y el software de Renishaw en las demás máquinas. “Tenemos seis máquinas para esa área, pero solamente cuatro corren con partes similares. El año pasado tuvimos un problema de baja de demanda y es lo que nos tenía restringidos, pero la intención es implementarlo en todas las máquinas porque eso nos asegura una buena calidad de la pieza”, agrega Gallegos.

La planta de los impeler en Chihuahua empezó operaciones a finales de 2016. Sin embargom el ingeniero Gallegos lleva 10 años trabajando con Honeywell. “Estuve en la ciudad de Phoenix aprendiendo el proceso, aprendiendo como se mecanizaba. Luego se transfirieron las primeras máquinas aquí a Chihuahua, donde no había nada, esa solo una bodega grande. Y empezamos a trabajar con partes nuevas, a sacar desarrollos; después de eso llegaron otras celdas. Había muchos ingenieros. En aquel entonces eran cinco celdas y un ingeniero por celda. Ahora es un ingeniero por unidad. El proceso ha mejorado, con menos recursos, con un ingeniero o dos tienes para toda el área”, cuenta Gallegos.

La planta de Chihuahua es proveedora de la planta de ensamble de Honeywell ubicada en Phoenix, cerca del aeropuerto, donde se ensamblan y se prueban las turbinas. “Varios de los edificios de allá se han ido cerrando porque se transfirieron para acá. Allá nada más queda la parte final de la línea de engrane y la parte de ensamble. De hecho, Phoenix Honeywell tiene su propio avión de pruebas, donde se realizan las inspecciones de software y radares. Todo lo que se va desarrollando se va probando. Las turbinas salen de ensamble y de una vez se montan en el avión. Me ha tocado ver cómo hacen vuelos donde prueban todas las mejoras”, explica Gallegos.

 

Taller y herramientas

En el área de manufactura de los blisk cuentan con una Mitsui Vertex 550, un centro de mecanizado vertical con un área de trabajo de 550 mm en el eje X y 600 mm en el eje Y, cambiador automático de herramienta y alta capacidad de la producción para perforado, mandrinado, machuelado y escariado. En el momento de mi visita estaban mecanizando el número de parte donde se implementó el palpador. En ese momento llevaba trabajando 8 horas y media, apenas iniciando lo que son los acabados, y le restaban aproximadamente seis a siete horas de mecanizado. Se trata del proceso de mecanizado de un blisk completo, como se puede apreciar en la foto. El proceso previo es una operación de torneado y el proceso posterior es una operación de medición.

Para la producción del blisk el proceso está dividido en 11 pasos. “Por la dimensión y el tamaño de la pieza, tenemos dos desbastes, la parte superior y la inferior. Después de ahí partimos a lo que son semiacabados. Yo puedo cortar un acabado porque su transformación sufre un desgaste agresivo del cortador, y al final el número de desgaste me va a afectar las dimensiones de la pieza. Únicamente inspeccionamos dos alabes porque hacer más llevaría mucho tiempo”, afirma Gallegos.

Ellos tratan de minimizar el desbaste de la pieza para no afectar las dimensiones finales. Luego de realizar los desbastes, continúan con los semiacabados y los acabados. Lo hacen por secciones para alargar la vida del cortador y no afectar la geometría de la pieza.

“Utilizamos cortadores de carburo. Si se presenta un desbaste mayor a una décima, la máquina se alarma. Con la finalidad de ver si el cortador pudo haberse despostillado, o si se quebró, pudiendo quedar carburo incrustado, y al momento de entrar otra pieza se puede romper. La intención de notar un desbaste mayor es poder retrabajar la pieza, antes de que ocurra una cosa mayor. Se vuelve a cambiar el cortador y se pone solo la secuencia donde se dañó”, explica Gallegos.

Ellos solo compran cortadores de carburo y cuentan con un área de afilado, para cuando la herramienta llega a cierta longitud y acaba su vida útil, poder recuperarlas y usarlas nuevamente. “Dependiendo el número de parte y la geometría, ya tenemos definida de cuánto es la longitud mínima del cortador para saber cuándo ya no sirve. Si no se quiebra o truena, dura 16 afiladas”, dice el ingeniero Gallegos. Tienen varios proveedores de cortadores, peor el principal es Ceratizit.

En el taller de Honeywell en Chihuahua realizan procesos de rectificado, fresado, torneado, barrenado, y cuentan con toda la maquinaria de punta para llevar a cabo todos los trabajos.

Los blisks llegan en forja y se meten a proceso de torneado, donde se genera el perfil. Después de eso, se manda una fresadora pequeña, donde se le hace un barreno que sirve de localización para poder montar la fixtura. Esto les ayuda por si necesitan hacer un retrabajo, siempre tener la misma posición. Para las piezas más grandes utilizan una Mitsui HU63, un centro de mecanizado horizontal que cuenta con una mesa de trabajo de 900 mm en el eje X y 800 mm en el eje Y.

El blisk más pesado dura alrededor de 60 horas en el mecanizado y lleva alrededor de 130 cortadores. De hecho, gran parte del tiempo del ciclo se toma en la herramentación. El operario tiene que hacerlo tres veces, porque no se tiene la capacidad para poner las 130 herramientas, ni tampoco el espacio. Por eso, tienen que bajar y montar herramientas dos veces durante el proceso.

Los blisk que producen en Chihuahua tienen varias dimensiones: algunos más delgados, como de 14 pulgadas, y otros de 16 a 17 pulgadas de diámetro; de espesor varía de 1.5 pulgadas a 4 pulgadas. Todos hechos en titanio, a excepción de un impeler que es en aluminio.

Después de que la pieza ha sido mecanizada, va un proceso de limpieza con un detergente especial y se manda medir. Después de que se mide, pasa a una máquina con medios abrasivos para eliminar asperezas y mejorar el acabado. Aun así, después de estos procesos, pasa a una estación de pulido donde las operarias realizan un acabado manual, ya que hay ciertas características que las máquinas no pueden hacer, como el caso de algunos bordes. Al final de todo el proceso cada pieza se vuelve a inspeccionar para asegurarse de que están dentro de las tolerancias.

 

 

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