Fabrica sus propias herramientas, lo que le permite optimizar la relación de longitud de corte de cada herramienta de fresado para cada operación

La brasileña Toyo Matic logra lo imposible para la industria aeronáutica

Richard Berry25/07/2008
Aparentemente el mecanizado aeronáutico no entraña demasiadas complicaciones. Consiste principalmente en fresado de cajeras, supervisión del proceso y registro obligado: operaciones precisas realizadas paso a paso.
Se podría decir que ningún otro sector de fabricación atrae a tantas mentes creativas; personas con una visión global que pasan por alto los detalles triviales, pero que se entusiasman con los detalles esenciales. Se trata de innovadores como Edvaldo Antonio da Rosa, fundador del moderno taller aeronáutico brasileño con nombre de inspiración japonesa: Toyo Matic.

Situado al sur de Brasil, en la ciudad de Bragança Paulista, a unos 85 km al norte de São Paulo, Toyo Matic es proveedor de importantes compañías de América, Europa y Asia. Según sus clientes, Toyo Matic contribuye a dar a conocer a Brasil en el resto del mundo como centro del mecanizado de precisión moderno. “Ese ha sido nuestro objetivo desde el primer día”, afirma da Rosa sonriente. “Nos encanta oír a la gente decir: 'No es posible que podáis hacer eso en Brasil'”.

La compañía, con más de 20 años de experiencia a sus espaldas, se hizo un nombre en el sector gracias a su constante política de 'lograr casi lo imposible'. Aunque su plantilla está formada por 75 empleados, entre operarios expertos, operarios, ingenieros y personal administrativo, el éxito de Toyo Matic refleja el arranque y la preparación técnica de su enérgico fundador.

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No es tan sencillo como parece

A medida que los fabricantes aeronáuticos han ido primando cada vez más los componentes monolíticos de menor peso, el 'casi imposible' se está convirtiendo en un requisito habitual.

Cuando hace poco Embraer, el fabricante de aviones brasileño, combinó varios componentes de control hidráulico para su famoso avión ERJ-170/190 en una única unidad monolítica más sencilla, se puso de manifiesto que este tipo de mecanizado era de todo menos sencillo.

Tras el intento fallido de ocho compañías de tres países diferentes de encontrar una forma rentable para fabricar la pieza, es muy probable que Embraer se lo replanteara todo. Afortunadamente, el diseño se convirtió en una realidad en Brasil, en Toyo Matic.

“Hoy por hoy es la pieza más difícil que fabricamos”, confiesa da Rosa. “El desarrollo del proceso de fabricación nos llevó muchos meses de pruebas”. El colector de bloque de aluminio 7075 con alto nivel de fresado tiene orificios ciegos profundos intersectados, algunos de ellos con un diámetro de tan solo 2 mm. Muchos otros orificios, rebajes y superficies curvadas suelen requerir tolerancias de 6 micras, lo que exige 160 comprobaciones individuales CMM (mediante máquina de medición por coordenadas) para generar un informe final de inspección de 61 páginas que acompaña a cada unidad.

Toyo Matic solucionó muchos de los problemas que desconcertaban a otros optimizando sus herramientas para reducir las principales causas de imprecisión: vibración, aumento de la temperatura y excentricidad de las herramientas provocada por las virutas. “Hemos logrado concentrar el proceso de fabricación en tan solo seis operaciones”, explica da Rosa, “¡pero utilizamos 112 herramientas diferentes!”.

Hallar una solución de herramientas 'técnicamente interesante' supuso un esfuerzo creativo que se correspondía con el talento de da Rosa. Antes de regresar a Brasil en la década de los 80 y fundar Toyo Matic, da Rosa trabajó en Toyokawa City (Japón) para OSG Corporation, fabricante de herramientas internacional. “Supongo que ese es uno de nuestros secretos”, comenta.

Muchos secretos bajo la manga

En lugar de buscar en catálogos de herramientas la solución perfecta, da Rosa adopta un enfoque mucho más directo. “Siempre que tengo tiempo fabrico mis propias herramientas”, explica. “Son muchas las ventajas para no tenerlas en cuenta”.

Da Rosa fabrica sus propias herramientas, lo que le permite optimizar la relación de longitud de corte de cada herramienta de fresado para cada operación. Esto suele traducirse en la obtención de la herramienta más corta posible para llevar a cabo el trabajo. Las herramientas de alcance estándar pueden utilizarse en una amplia gama de operaciones, pero dado que sus ejes son más largos suelen ser más susceptibles de sufrir excentricidad en el eje, deformaciones y vibraciones. Esto es especialmente evidente cuando se someten a grandes cargas laterales de fresado de cajeras intenso.

Tradicionalmente estos problemas se solucionan reduciendo la velocidad de avance de la herramienta. No obstante, esto alarga la duración del ciclo y puede provocar problemas, especialmente en materiales duros como el titanio, donde un avance a menor velocidad puede causar desgaste por rozamiento y un endurecimiento de la pieza. Por otra parte, con una menor carga de virutas, el calor puede acumularse rápidamente en los extremos de corte y reducir, de manera considerable, la vida de la herramienta. “La mejor solución es cambiar a una herramienta de la longitud apropiada”, señala da Rosa, “aunque no siempre la mejor solución es la más evidente”.

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En aquellas ocasiones en las que se necesite una herramienta de mayor longitud, el enfoque optimizado de da Rosa también ofrece los resultados esperados. Fabrica herramientas de una longitud exacta con una base de cono ISO 40 o 50 integral que permite el montaje directo en el husillo de la máquina. Al prescindir por completo del portaherramientas, se elimina una de las principales fuentes de error de excentricidad, el impulso angular de la herramienta se reduce significativamente y el equilibrado resulta más sencillo. Esto reduce al mínimo las vibraciones a alta velocidad.

El resultado predecible: mayor precisión y productividad. “Trabajamos un 30 por ciento más rápido con nuestras máquinas”, comenta da Rosa. “Cuando nuestros socios americanos tardaban doce horas en mecanizar una pieza, nosotros lo lográbamos en ocho y, en la actualidad, con los nuevos procedimientos, esta cifra se ha reducido a cinco”.

La escrupulosa eliminación de virutas es otro aspecto importante del enfoque global de da Rosa para lograr niveles apropiados de eficacia y precisión. “Volver a cortar virutas es perjudicial tanto para la pieza como para la herramienta”, asegura. Los orificios profundos requieren especial atención y, para lograr la máxima precisión, da Rosa suele programar constantes lavados con refrigerante en la salida de la herramienta o relaciones de avance-velocidad poco habituales.

Un buen ejemplo de ello es el puntal de apoyo con muchas perforaciones del tren de aterrizaje del avión canadiense Bombardier. Instalada en un torno SL-40 de Haas, la barra de mandrinar personalizada de 375 mm, equipada con una manguera de refrigerante de gran diámetro, corta el diámetro interior de 80 mm del cilindro de acero. Largas virutas helicoidales sin fracturar llenan la zona de recogida de residuos del SL-40 en lugar de virutas pequeñas (habitualmente preferidas). Los operarios de Toyo Matic suelen realizar, de manera deliberada, grandes cortes sin fracturas para minimizar la vibración en la herramienta larga y garantizar la completa eliminación de virutas, 'sacrificando' así la ventaja de supresión de calor de las virutas más pequeñas en pro de una mayor precisión.

Toyo Matic trata el problema del calor con ayuda de una bomba auxiliar de refrigerante de gran volumen que inunda la pieza con refrigerante, que pasa a través de un tubo flexible conectado a la barra de mandrinar, y que contribuye así a enfriarla.

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La otra parte

El uso de herramientas adecuadas es parte del secreto del éxito de da Rosa, pero, sin duda alguna, la otra parte corresponde casi en su totalidad al uso de utillajes apropiados. Entre ellos se incluyen desde sencillos platos con tornillo pasante hasta portaherramientas complejas de extremo de cuatro y cinco ejes. El objetivo consiste siempre en idear un único montaje que sirva para diversas operaciones y la clave para lograrlo es comprender a la perfección las fuerzas de mecanizado.

Da Rosa logra mantener la precisión de su gran volumen de trabajo de fresado de cajeras de atornillado utilizando un patrón 'estrujado' con incrementos de 5 grados para tornillos pasantes. Los orificios de cada uno de los tornillos de montaje hacen ángulo ligeramente hacia un único 'punto de enfoque', justo debajo de la pieza. Los tornillos canteados someten a la pieza a fuerzas de compresión laterales que resisten la deformación de la pieza de manera más efectiva que la fricción superficial entre la barra y el utillaje.

Si bien es cierto que el concepto de estrujamiento no es exclusivo de Toyo Matic, sí que puede serlo su uso en todo tipo de metales inoxidables y otros metales duros. Esta pequeña cantidad de trabajo extra permite controlar un problema insidioso que suele mermar la precisión en operaciones con gran nivel de fresado de cajeras, el cual puede ser muy difícil de detectar.

Otra solución que Toyo Matic suele utilizar para combatir la rotura de piezas implica el mecanizado de profundas colas de milano de 4 mm en la parte inferior de pequeños tochos de aluminio 6061. Estas encajan en los cortes realizados en el utillaje. Una vez más da Rosa está convencido de que todo el trabajo previo a la operación está más que justificado, ya que ello contribuye a mantener bajo control los ciclos de alta producción que se implementan con un mínimo nivel de interrupciones.

Los mayores esfuerzos del taller para evitar interrupciones implican monturas de cola hechas a medida, que permiten un alto nivel de fresado de cajeras en el cuarto eje de todas las caras de piezas grandes en un único montaje. Da Rosa diseñó los sistemas de montura de cola, que se complementan con guías lineales y frenos neumáticos separados, para una serie de centros de mecanizado verticales de Haas VM-3 equipados con mesas divisoras HRT-210 de Haas. Los sistemas son principalmente mesas basculantes de estructura abierta y longitud ajustable, que pueden alojar piezas grandes con firmeza.

Para el fresado de cajeras de doble cara, el programa voltea el tocho frecuentemente para eliminar el material de manera uniforme de ambas caras a medida que avanza el proceso de mecanizado.

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Teniendo en cuenta que la eliminación de material llega a alcanzar a veces el 90% del tocho, esto constituye un factor muy importante. Obviamente, un único montaje permite al operario ahorrar tiempo y evitar errores de alineación. Pero también es igual de importante el hecho de que el proceso de corte equilibrado produzca muchas menos vibraciones que el mecanizado completo de una cara, el cual obliga a volver a montar la pieza y a cortar la otra cara. La eliminación uniforme de material permite conservar las características naturales de amortiguación de la vibración del tocho a lo largo de todo el proceso.

Para piezas mayores, Toyo Matic utiliza un sistema de longitud ajustable en su centro de mecanizado vertical de cinco ejes VR-11 de Haas, que proporciona mucho espacio para el giro. “Nosotros compramos el primer VR-11 vendido en Brasil”, afirma da Rosa. “En aquel momento no teníamos ningún proyecto concreto, pero sabíamos que cuando los clientes lo vieran instalado en nuestra planta, nos propondrían trabajos en los que se requiriera la máxima precisión”.

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Confianza y formación

Tras su experiencia personal en el sector de fabricación japonés y su trabajo en un próspero sector de máquinas herramienta nacional en Brasil, ¿cómo se entiende que da Rosa confiara tanto en productos Haas fabricados en EEUU.

“Adquirimos nuestra primera máquina de Haas - una de las primeras versiones del VF-1 - allá por 1997”, comenta. “No podíamos seguir confiando en algunas compañías brasileñas y nos dimos cuenta de que necesitábamos un cambio”. Gratamente sorprendidos por aquella primera máquina de Haas, da Rosa incorporó otros 13 modelos a su taller en la década siguiente.

“Nos decidimos por las máquinas de Haas porque no sólo eran fáciles de usar, sino también porque su mantenimiento era muy sencillo. Nuestro proveedor local se encarga de todas las tareas de mantenimiento necesarias y hasta el momento no hemos tenido ningún problema real con ninguna de estas máquinas de fabricación estadounidense”, añade da Rosa. “Están bien fabricadas y son muy estables”.

Además de diseñar la mayoría de sus herramientas a medida con ayuda de equipamiento de Haas, da Rosa también organiza sesiones de formación interna en torno a las máquinas de la compañía. “En esta ciudad no hay ninguna escuela de mecanizado buena y, por ello, preferimos contratar a personas con talento y formarlas nosotros mismos”, explica da Rosa. “Resulta fácil enseñar y aprender el uso de las máquinas de Haas; están mucho mejor organizadas y son mucho más intuitivas que otras máquinas del mercado”. Quizá siguiendo la estela de Toyo Matic, muchos de los talleres de Bragança Paulista han ido incorporando también a sus filas máquinas de Haas; esto contribuye a que Toyo Matic siga atrayendo a un grupo de profesionales cada vez más numeroso, imprescindible para su centro de formación mundial.

En una región en la que se evitan los contratos de larga duración, que suelen ser habituales en talleres estadounidenses, Toyo Matic debe demostrar continuamente su valía, y lo consigue. Además de sus productos aeronáuticos, la compañía produce pistones para General Motors, bombas para Volvo y herramientas especiales para OSG Corporation. Sí, la compañía japonesa en la que Edvaldo Antonio da Rosa comenzó su carrera es ahora uno de sus preciados clientes.

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