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Sep 19, 2023

Puesta en marcha de la producción de cárteres

El éxito en la fabricación de motores de alto volumen requiere la máxima precisión

El éxito en la fabricación de motores de alto volumen requiere lo máximo en mecanizado de precisión, confiabilidad, ingeniería inteligente y, sobre todo, automatización.

Shannon Walter, ingeniera de procesos de fabricación, y el equipo de Kawasaki Motors Manufacturing Corp., EE. UU. (KMM) de Maryville, Mo., donde se producen anualmente cientos de miles de cárteres para cortacéspedes/tractores, serán los primeros en dar fe de esto. . Los resultados de la automatización del mecanizado de precisión contribuyen en gran medida a uno de los principales objetivos de Kawasaki: la calidad.

En un mercado de consumidores abarrotado de marcas populares, la calidad no es un factor menor. "Cada año, nuestros clientes quieren más de nuestros motores porque nuestra calidad es muy respetada en el mercado", dijo Walter. Y más es lo que obtienen. "En 2022, estamos nuevamente en camino de romper nuestros récords de producción año tras año", agregó. El crecimiento también ha llevado a Kawasaki a abrir una segunda planta, a 200 millas de distancia, en Boonville, Missouri.

Establecida en 1989, y la única operación dedicada a la fabricación de motores Kawasaki en los EE. UU., la empresa tiene unos 1000 empleados, más de 900 000 pies cuadrados [83 613 metros cuadrados] de espacio de fabricación y la asombrosa cantidad de 470 máquinas CNC, que van desde VMC y HMC hasta tornos y lavadoras, con una lista de quién es quién de las principales marcas.

Otro punto fuerte de la operación de la planta de Maryville de Kawasaki es la integración vertical, con el 95 por ciento de sus productos (comenzando con la fundición a presión de los cárteres) completamente fabricados y ensamblados dentro de la planta. Esto asegura el control de la fabricación de todas las piezas del motor (cárteres, culatas, ejes, cubiertas y volantes) de principio a fin.

Incluso las operaciones de fabricación más eficientes no son inmunes a los desafíos que pueden presentar el aumento de la demanda, la escasez de mano de obra y la reducción de los plazos de entrega de los clientes. Este fue el caso de KMM, a pesar de su modo operativo de tres turnos y siete días. Fue necesario externalizar la fabricación de casi 200 000 cárteres al año para satisfacer la demanda antes de desarrollar una nueva solución de mecanizado. En un esfuerzo por ahorrar costos, mantener los estándares de calidad y eliminar el tiempo de inactividad, KMM buscó una forma más sólida de abordar este problema.

"Establecimos una meta, nuestra visión número uno, eliminar el tiempo y el error del operador y controlar completamente nuestra calidad", dijo Walter. "Formamos un comité de seis personas para evaluar las opciones. Sin duda, el comité decidió que todos los caminos conducirían a la automatización total".

Según Walter, los robots inicialmente ocupaban un lugar destacado en la lista del comité, principalmente debido a las líneas de mecanizado CNC (semiautomáticas) existentes de KMM que constaban de ocho máquinas (HMC de paletas múltiples, VMC) en las que dos celdas estaban dedicadas a un empleado en cada una. turno completo que tuvo que cargar manualmente cárteres de aluminio que pesaban entre 8,6 y 12,7 kg [19 y 28 libras].

"Analizamos la situación y el problema que creó, incluidos los problemas de calidad y el tiempo de inactividad causado por piezas extraviadas, que pueden ocurrir fácilmente sin una automatización completa", explicó Walter. "Decidimos que, para cumplir con nuestro objetivo, necesitábamos una solución totalmente automatizada para eliminar el tiempo de inactividad y mecanizar los motores con una precisión al menos tan rápida como nuestras líneas semiautomáticas existentes".

Teniendo en cuenta el objetivo de completar cada motor, que requiere muchos orificios, cilindros y características que deben perforarse, roscarse y fresarse en pocos minutos, KMM sabía que necesitaba una técnica dinámica. Con este fin, recurrió a Grob Systems Inc., fabricantes de centros de mecanizado CNC avanzados con amplias posibilidades de automatización.

Después de que KMM emitiera sus exigentes requisitos, Grob evaluó la mejor manera de reducir el tiempo de ciclo, al mismo tiempo que garantizaba la calidad y eliminaba el tiempo de inactividad. El equipo de Grob realizó un análisis en profundidad y determinó que en lugar de tener dos celdas que constaban de ocho máquinas por línea con una persona que cargaba las piezas manualmente, lo cual estaba plagado de problemas, una mejor solución sería una línea de cuatro máquinas en dos celdas con una pórtico aéreo personalizado que cargaría y alimentaría automáticamente toda la línea y cada máquina. El resultado incluso mejoró los requisitos de tiempo de ciclo de KMM.

"Estábamos tratando de lograr la máxima velocidad junto con una alta precisión. Grob nos invitó a su planta de fabricación en Bluffton, Ohio, para demostrar sus capacidades de escorrentía, que lograron una reducción del tiempo de ciclo de más del cinco por ciento más rápido que nuestro objetivo. En realidad, no creía que pudieran hacerlo, pero sorprendentemente lo hicieron. Quedamos muy impresionados y les dimos el visto bueno", dijo Walter.

A fines de 2016, se instaló la primera línea Grob en la planta de Maryville, y KMM se lanzó a las carreras produciendo cárteres. La nueva línea, compuesta por cuatro centros de mecanizado CNC G500 dispuestos en dos celdas con un pórtico de carga aérea automatizado Grob, tiene una estación de carga al comienzo de la línea y una estación al final de la línea donde se bruñin los cárteres. , prueba de fugas y lavado. La configuración requiere solo un trabajador.

El proceso tuvo tanto éxito en eliminar el tiempo de inactividad y aumentar el rendimiento del motor que KMM ordenó una segunda línea Grob para el año siguiente. Desde entonces, KMM ha agregado una nueva línea cada año para satisfacer su creciente demanda de motores. Actualmente, las líneas ocupan alrededor del 10 por ciento del espacio cavernoso de la planta.

Ahora, en lugar de dedicar un trabajador a cargar manualmente cada línea semiautomática de ocho máquinas y dos celdas, KMM tiene un trabajador responsable de dos líneas. Esto ha reducido significativamente la carga manual al tiempo que ha aumentado drásticamente el rendimiento preciso de piezas terminadas sin tiempo de inactividad.

"Desde que se instalaron las líneas, Grob nos ha ayudado a satisfacer nuestra demanda internamente sin subcontratar, ahorrándonos más de $5 millones al año", dijo Walter. La principal de las ganancias ha sido la reducción de la mano de obra y el tiempo de inactividad, lo que también ha llevado a una mejor calidad.

"Debido a la cantidad reducida de configuraciones manuales, hemos ahorrado más de $160 000 al año en costos de mano de obra y hemos obtenido $32 000 adicionales en ahorros anuales a través de la eliminación del tiempo de inactividad causado por piezas extraviadas", continuó Walter. "Y los ahorros ni siquiera incluyen los costos evitados, como cuando se dañan los principales componentes de la máquina. Además, la reducción de tiempo por ciclo de más del cinco por ciento ha llevado a un aumento sustancial en el rendimiento de producción de nuestros motores".

También ha habido otros beneficios, como la forma en que Grob ha ayudado a KMM a abordar la logística laboral. "Hemos estado luchando para contratar y retener suficientes trabajadores para nuestra planta de Maryville", dijo Walter, "y las líneas de Grob han sido fundamentales para permitirnos mantener el ritmo de la demanda y reducir la mano de obra en un 50 por ciento en nuestra área de mecanizado de cárteres".

En el corazón del sistema se encuentran los centros de mecanizado CNC de 5 ejes G500 rígidos y compactos de Grob que se fabrican en las instalaciones de 400 000 pies cuadrados [37 161 m2] de la compañía en Bluffton. Con tiempos rápidos de aceleración del husillo, un rápido tiempo de viruta a viruta de 2,6 segundos y un sistema de carga de pórtico automatizado, estas máquinas son ideales para operaciones de alta producción las 24 horas del día.

En cuanto a la precisión, las máquinas tienen una repetibilidad de eje lineal de 0,0001" [0,0025 mm], lo que, según Grob, garantiza una fiabilidad y precisión continuas.

Utilizando un diseño de husillo horizontal, las condiciones de fresado se mantienen constantes a lo largo de la carrera del eje Z debido a que los cojinetes del eje se desplazan con el husillo y las virutas se desprenden de la pieza que se está mecanizando.

El control y la evacuación de virutas también se mejoran de otras maneras. Por ejemplo, las piezas se mecanizan directamente sobre el transportador de virutas y los cambios de herramientas se realizan fuera del área de trabajo, lo que elimina la interferencia de las virutas durante los cambios de herramientas. Además, un cepillo limpia el vástago de la herramienta antes de insertarla en el husillo y un sistema de lavado con refrigerante empuja las virutas fuera del área de trabajo y a través del transportador.

"Todas estas características son de misión crítica en operaciones como la nuestra, donde detener el mecanizado para eliminar las pilas de virutas simplemente no es una opción", dijo Gary Wilmes, ingeniero de mantenimiento de KMM. "Incluso se puede bloquear una máquina mientras el resto de la línea continúa funcionando", agregó, "y hay acceso abierto al gabinete hidráulico y neumático, que es fácil de mantener".

Una operación de la magnitud de KMM y su estrategia de invertir significativamente en un proyecto de mecanizado automatizado no podría realizarse completamente sin un alto nivel de confianza y colaboración entre ambas partes. Esto incluye un servicio rápido según sea necesario.

"Estuvimos muy satisfechos con el soporte durante el proceso de implementación de Grob. Fuimos ecológicos en lo que respecta a los controladores de Siemens, y el personal de Grob ha sido excepcional cuando necesitábamos ayuda. No puedo elogiar lo suficiente a su gerente de proyecto e ingeniero de servicio por cómo han nos trató con todos los problemas o solicitudes que hemos tenido en las líneas de Grob", dijo Walter.

"Además, como su fábrica está en los EE. UU., sentimos que no tendríamos que esperar por las piezas si las máquinas necesitaban servicio. Su capacidad de servicio completo es excelente y hemos encontrado que el 98 por ciento de las veces cualquier problema que pueda surgir se puede solucionar mediante el uso de su servicio de diagnóstico remoto", agregó Wilmes.

Y ese es el tiempo que Kawasaki puede usar para producir aún más cárteres.

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