Manejando un taller de Micromecanizado

Crece la demanda de piezas de precisión extremadamente pequeñas. El propósito de una compañía para satisfacer esta demanda revela lo que cuesta gestionar una empresa de micromecanizado.

Remmele Engineering es una empresa que tiene media docena de plantas de mecanizado en la gran área de Minneapolis. Sobresale por numerosas actividades metalmecánicas y se la considera uno de los mejores y más diversos talleres de servicios de Estados Unidos. Quizá Remmele sea más conocida por su actividad innovadora en el mecanizado de alta velocidad de grandes piezas de aluminio para aeronaves, razón por la cual se han escrito varios artículos al respecto.

Sin embargo, Remmele tiene una reputación creciente en el campo del micromecanizado. La compañía hizo sus primeras incursiones en el micromecanizado a principios de los noventa, y en 1997 decidió dedicar completamente una de sus plantas a la producción de micropiezas de precisión. Esas instalaciones, que llevan el nombre de Plant 30, están localizadas al lado de otra de las plantas de la empresa cerca de Big Lake, Minnesota. Curiosamente, esta otra planta se especializa en uno de los trabajos más grandes que hace Remmele —piezas de hasta 100 toneladas de peso y longitudes hasta de 30 metros.

Plant 30 se especializa en trabajos no mayores de una pulgada cúbica, con longitudes menores de un milímetro —el tamaño de la cabeza de un alfiler, aproximadamente. John Bowden, uno de los vicepresidentes de Remmele y jefe de la división de micromecanizado de la compañía, tiene una idea muy clara de lo que se necesita para triunfar en este aspecto de la metalmecánica. Una reciente conversación con Bowden mostró que la administración de un taller de micromecanizado es cuestión de prestar atención a las cosas importantes, que en ocasiones contrastan con las prioridades en otros aspectos del mecanizado. Las piezas muy pequeñas son difíciles de ver, de manipular y de medir. Las suposiciones y expectativas válidas en el mecanizado general pueden no ser ciertas en el mundo del micromecanizado.

El término micromecanizado no tiene una definición estándar, explica Bowden. En Remmele se traduce en piezas de menos de una pulgada cúbica, principalmente porque esta es la forma que la compañía considera conveniente y apropiada para dividir el trabajo entre sus cuatro divisiones (micromecanizado, mecanizado general, automatización y mecanizado de lotes repetitivos). En Plant 30 hay 25 centros de torneado CNC tipo suizo, en su mayoría máquinas Cincom de Marubeni Citizen. Esas máquinas representan la capacidad principal de mecanizado de la planta. Varios centros de mecanizado complementan el equipo de torneado. Aquí también se localiza un sistema de proceso microláser de diseño especial.

Aunque piezas de menos de un milímetro, como las que se ven en la foto, son la fortaleza de esta planta, algunas piezas complejas de tolerancias muy precisas en tamaños superiores a un milímetro y producidas en volúmenes medios y altos, constituyen un soporte a la producción. Un ejemplo se muestra en otra de las fotos. Esta combinación de trabajos ha resultado muy saludable, pues las destrezas desarrolladas en trabajos de menos de un milímetro, donde las tolerancias típicas son de 0,0025 mm, se han aplicado a la producción de piezas "más grandes".

Aproximadamente el 95% de la producción de Plant 30 está dirigida a la industria médica, que Bowden espera continúe siendo un gran consumidor de piezas de menos de un milímetro, mientras las tendencias actuales de la investigación médica se mantengan. Por ejemplo, los investigadores están desarrollando un grupo de nuevos elementos, tan pequeños que pueden ser insertados a través de catéteres para procedimientos quirúrgicos mínimamente invasores. Las comunicaciones y la fibra óptica también están creando una demanda creciente de micromecanizado.

El cuidado de las instalaciones es primordial en cualquier planta, pero resulta especialmente importante cuando se trabaja con micromecanizado. La limpieza en Plant 30 se mantiene escrupulosamente. "Teníamos suelos de cemento, y cuando la planta fue renovada, se reconstruyó la superficie de la misma —anota Bowden. El acabado claro y de alto brillo de los suelos no permite retrasos en las rutinas de limpieza. Las paredes también están pintadas en colores brillantes y claros".

Las superficies reflectoras de las paredes y suelos de la construcción fueron escogidas para mejorar la iluminación general en las áreas de producción. Se instalaron nuevas lámparas para proporcionar iluminación libre de resplandores en todo el espacio. La iluminación marca la diferencia cuando se trabaja con piezas pequeñas y de detalles finos, y es esencial para el trabajo de banco, donde las piezas son inspeccionadas normalmente con microscopios.

Todas las máquinas-herramienta en este edificio están totalmente encerradas y equipadas con colectores de polvo. El sistema de calentamiento y de aire acondicionado está diseñado para mantener una temperatura uniforme (17 °C) en toda el área del taller. Se requiere un estricto control climático, ya que los cambios térmicos tienen un efecto exagerado cuando las tolerancias medidas en micras son la regla.

La apariencia brillante y de fresca limpieza de la planta tiene un valor adicional. "Con la mayoría del trabajo orientado a la industria médica, los clientes esperan unas condiciones como de laboratorio en su planta de producción. Con su fuerte iluminación y su orden, la planta siempre ha sido relacionada con una sala quirúrgica, comparación que ha sido bien recibida", comenta Bowden.

El mecanizado de piezas en un solo montaje constituye un tema común que se enfatiza en la metalmecánica actual. Uno podría pensar que esto es realmente cierto si las plantas de Remmele representaran una sección transversal de la industria. Sin embargo, para el micromecanizado, el proceso hecho en una operación toma una dimensión mayor.

"Muchas de nuestras piezas de trabajo son muy pequeñas para que puedan sujetarse de forma efectiva. La realización de operaciones secundarias fuera de la máquina original no es una opción atractiva, debido a la facilidad con que ocurren los errores de colocación. Por esta razón, casi todos los tornos Cincom están equipados con husillos secundarios y herramientas activas", explica Bowden.

Las herramientas activas en estos tornos son una gran ventaja porque en muchos casos permiten a las máquinas de roscar funcionar como tornos fresa en miniatura. Esta solución simplifica las dificultades de sujeción, ya que el alimentador de barras y los mandriles del husillo resuelven la dificultad de carga y el posicionamiento de piezas de tamaños muy pequeños.

El desbarbado es una operación que requiere mucha atención. Los cepillos de varios diámetros pueden ser repartidos en las torretas y en las guías de herramientas de las máquinas de roscar. "Hemos dedicado mucho tiempo a probar y desarrollar nuestras técnicas de desbarbado. Por ejemplo, encontrar la combinación correcta de tipo de cerda, velocidad de cepillo, avance, etc., no es diferente de encontrar los mejores avances y velocidades para una herramienta de corte", anota Bowden. El objetivo es producir en una máquina piezas que sólo requieran limpieza, inspección y empaque, luego del corte y descarga en el colector de piezas.

En las operaciones de micromecanizado, la presencia de rebabas en las piezas es crítica y debe ser manejada con cuidado y de manera exhaustiva, enfatiza Bowden. Cuando un cliente menciona una condición libre de rebabas, la definición precisa de este término debe ser especificada, para evitar dudas sobre lo que es y lo que no es aceptable. Según Bowden, Remmele ha compilado un completo manual que clasifica los tipos de rebaba, lista las técnicas para su eliminación, especifica métodos para verificar si las rebabas realmente han sido eliminadas, etc. Este manual ha probado ser un recurso invaluable a fin de establecer acuerdos durante la planificación de producción y para evitar problemas cuando las piezas son recibidas por los clientes.

"No es inusual que algunos clientes regresen para recomendarnos cómo manejar las rebabas y cómo establecer procedimientos con base a nuestra experiencia. Lo importante es no subestimar la relevancia del desbarbado desde un comienzo", comenta Bowden.

El manejo adecuado del material constituye otro factor en el micromecanizado, que en ocasiones no se cuenta como prioritario. En esta planta, la mayoría de las piezas se produce a partir de barras comerciales, que siempre son entregadas en estado rectificado, tratadas térmicamente y enderezadas. El almacenamiento del material se hace dentro del área de producción bajo las mismas condiciones climáticas del resto del taller. Las barras se almacenan en tubos de cartón o de PVC, para prevenir muescas y dobleces. Incluso cuando las barras son llevadas a las máquinas se tiene el cuidado de soportarlas en su longitud total. "No nos permitimos el lujo de mecanizar ninguna falta de redondez, desalineación o condición de no rectitud", comenta Bowden.

Con la limpieza y embalaje de las piezas también se hace lo propio. En lo posible, las piezas son limpiadas y embaladas en una estación de trabajo cerca del lugar donde han sido mecanizadas. Cada estación de trabajo cuenta con un equipo ultrasónico de limpieza. En algunos casos, la empresa ha tenido que diseñar soportes especiales para piezas que de otra manera podrían deslizarse por los orificios de los contenedores de malla de las bombonas de limpieza. La compañía también ha diseñado un sistema de embalaje especial para piezas micromecanizadas. Por ejemplo, los diseños especiales de embalaje tipo "bandeja de huevos" protegen los rasgos delicados de las piezas y brindan comodidad a los clientes.

Posiblemente el mayor reto en cualquier operación es el aseguramiento de calidad. Todas las plantas de Remmele tienen certificación ISO-9000. Lla integridad del proceso es la mejor garantía para una calidad consistente. Sin embargo, el micromecanizado tiene sus propias actividades de inspección y retos de calidad. En esta planta, con frecuencia las piezas son más pequeñas que las bandas de tolerancia establecidas normalmente en las otras plantas de Remmele.

En Plant 30 se tiene una gran confianza en las técnicas de medición óptica. Adicionalmente a los microscopios de inspección en cada estación de trabajo, el taller ha invertido en los más modernos equipos ópticos, como el sistema digital de medición Mycrona Primus. Este sistema está diseñado para piezas pequeñas y tiene capacidades multisensoras. Puede medir complejas geometrías tridimensionales con un palpador de contacto. Además, el sistema puede operar en el modo de no contacto, como un comparador óptico o como un sistema escáner de láser. Este sistema tiene una resolución de 0,1 micras. El sistema de imagen digital permite la comparación de los datos escaneados con el archivo CAD correspondiente de la geometría de la pieza.

La experiencia en la medida de dimensiones debe ser complementada con la experiencia en la medida de los terminados superficiales. Las técnicas de no contacto son esenciales porque piezas menores de un milímetro no pueden tolerar el contacto de un palpador o de una punta. El cumplimiento de las especificaciones de terminado superficial es otra condición que debe ser establecida antes del comienzo de la producción, recomienda Bowden.

Como parte de una organización fuertemente involucrada en otro tipo de mecanizados, Plant 30 tiene una ventaja que otros talleres de micromecanizado no pueden disfrutar.

Por ejemplo, Remmele ha desarrollado una considerable experiencia en el mecanizado de titanio en sus esfuerzos por servir a la industria aerospacial. El titanio, ideal para diseños avanzados de aviones por su favorable relación peso-resistencia, constituye un material muy tenaz para mecanizar. Además, el titanio también es ideal para dispositivos médicos implantables gracias a su alta compatibilidad con los tejidos humanos, resistencia al desgaste y a la corrosión, además de su extrema fortaleza.

"Aplicamos lo que sabemos sobre el mecanizado de grandes piezas de titanio al de las pequeñas. Como en el caso de una familia de tornillos para hueso y de componentes de uniones protésicas. Las características de maquinabilidad de una pieza no varían con el cambio de escala, ya sea que se esté midiendo en milímetros o en metros. Las velocidades superficiales óptimas para el mecanizado de este material siguen siendo las mismas, sin importar el radio de la herramienta de corte, por ejemplo. Por supuesto, con herramientas de microcorte la velocidad de giro necesaria para proporcionar la velocidad de corte aumenta proporcionalmente. Encontrar husillos con las rpm necesarias es un gran reto", afirma Bowden.

Las técnicas de mecanizado de alta velocidad pueden ser aplicadas a piezas pequeñas. Remmele explora este proceso para producir estructuras tipo panal de peso liviano, que prometen una gran reducción de peso en la construcción de satélites (ver foto). Una pequeña profundidad de corte y una alta velocidad en el husillo permiten mecanizar paredes delgadas. La misma dinámica está involucrada en el mecanizado de cajas en un ala de 6 metros de luz —las bajas presiones laterales en el cortador protegen la delgada pared durante el mecanizado.

Encontrar proveedores de herramientas para micromecanizado puede ser un problema. Las exigencias son las mismas que para el mecanizado general. “Se necesita una fuente fiable y segura de herramientas precisas —anota Bowden—. Cotidianamente, taladramos huecos de menos de 0,25mm de diámetro. Esta es una operación que no perdona. Si el punto de la broca no está en el centro, esta se romperá al contacto con la pieza de trabajo. No hay muchos fabricantes de herramientas que puedan hacer brocas de este tamaño y cumplir con esta especificación".

Las estaciones de trabajo en el área de producción están equipadas para la limpieza, inspección y envasado de las piezas terminadas. La empresa se esfuerza por llevar a cabo todas las otras operaciones de mecanizado en un solo montaje y en una sola máquina-herramienta

Como gerente de planta, Bowden también hace énfasis en la importancia de tener los ojos puestos en los desarrollos industriales —el gran universo en el que el micromecanizado está inmerso—. En un mundo donde la enorme cantidad de negocios puede crear oportunidades de la noche a la mañana, esta vigilancia se justifica. Además, las tecnologías en manufactura pueden volverse obsoletas en un corto espacio de tiempo.

Es el caso de los procesos aditivos, en los que componentes microscópicos depositados en capas sucesivas pueden suplantar a los procesos de mecanizado. De otra parte, los ensambles de estos componentes pueden requerir alojamientos submilimétricos, lo que constituye un nuevo mercado para el micromecanizado.

Bowden cree que la mejor preparación para tener una respuesta rápida para estos cambios es la inversión en avanzados equipos de planta, lo mismo que en las habilidades de la fuerza de trabajo de la empresa. "No se puede creer que sólo el acceso a las últimas herramientas lo hacen diferente. La experiencia y creatividad de los operarios e ingenieros marcan la diferencia".

Componentes médicos típicos de los trabajos de menos de un milímetro que produce la división de micromecanizado de Remmele. Estas piezas tienen menos de 2 mm de longitud y tolerancias de 0,01mm