Caso práctico de Shape Master Tools

El fabricante de herramientas de corte Shape-Master Tool Company necesitaba ampliar su capacidad de afilado más allá de la de sus máquinas convencionales, que hacían un excelente trabajo procesando materiales de herramientas de corte tradicionales y geometrías complejas. A medida que los materiales de las herramientas de corte seguían evolucionando y presentaban mayores retos de procesamiento, el taller tenía que mejorar su juego o correr el riesgo de perder trabajos frente a la competencia.

Cuando la empresa de Kirkland, Illinois, comenzó a afilar herramientas de corte hace 40 años, trabajaba principalmente con materiales de diamante natural. Por otro lado, los materiales modernos para herramientas de corte abarcan desde el carburo hasta el diamante monocristalino (MCD) artificial, el diamante policristalino (PCD), el diamante por deposición química de vapor (CVD), el nitruro de boro cúbico (CBN) y la cerámica. La gama de herramientas que produce Shape-Master se ha ampliado de forma similar, desde herramientas de PCD y PCBN insertables hasta todos los tipos de herramientas de forma y rotativas.

Para superar los retos específicos de los materiales de herramientas de corte avanzados, Shape-Master adquirió dos máquinas de mecanizado de herramientas por láser, las primeras de su clase en Norteamérica.

La tecnología láser no sólo mejora la producción de herramientas de corte de Shape-Master y le permite abordar los trabajos más duros, sino que también ayuda significativamente al taller a competir con proveedores de herramientas a la medida más grandes. Gracias a la flexibilidad de producción de la tecnología láser, Shape-Master procesa ahora de forma rentable trabajos con lotes que pueden variar de 50 a miles de piezas necesarias en un calendario anual recurrente, manteniendo al mismo tiempo la calidad y los plazos de entrega.

Después de solo unos meses de capacitación y aprendizaje práctico, Shape-Master comenzó a utilizar sus máquinas láser para ampliar su gama de productos y asumir nuevos tipos de trabajos, incluyendo el mecanizado rotativo. Ahora, un porcentaje de los trabajos que pasan por los sistemas son herramientas rotativas y el taller planea seguir ampliando su oferta de productos más allá de eso.

Además, Shape-Master pudo volver a introducir en la empresa piezas que antes tenía que subcontratar. Esta capacidad es especialmente importante porque se alinea con la filosofía general y el objetivo de Shape-Master de mantener en casa la mayor cantidad de trabajo posible.

Las máquinas láser de Shape-Master son EWAG LASER LINE de UNITED GRINDING. Utilizan la tecnología láser de impulsos ultracortos más avanzada para permitir la producción de herramientas de corte con geometrías muy complejas en una sola sujeción y de alta calidad.

Con su tecnología patentada EWAG Laser Touch Machining^® Process, las máquinas manejan todos los materiales de herramientas de corte más recientes disponibles en el mercado, incluidos el metal duro, el CBN, el PCD, el CVD y el MCD. Las máquinas no generan zonas afectadas por el calor, y las herramientas resultantes tienen una calidad de acabado superficial excepcionalmente superior y duran más.

El Laser Touch Machining es un proceso de mecanizado por rayo láser tangencial que genera bordes y geometrías de herramientas de corte al moldear las superficies de las herramientas con la ayuda de la superficie exterior del rayo láser en pulsos ultracortos de 10 picosegundos. Estos pulsos láser ultracortos vaporizan el material directamente sin generar un calor significativo. Un patrón repetitivo de sombreado de la unidad de escaneado por láser, junto con el movimiento simultáneo de los ocho ejes CNC de las máquinas, generan las geometrías de las herramientas.

Con algo menos de 30 empleados, Shape-Master produce miles de herramientas al mes con sus máquinas de procesamiento láser y rectificadoras CNC. La mayoría de las herramientas que produce la empresa son CBN, aunque un porcentaje significativo de herramientas de diamante también pasa por el taller. El taller también utiliza la automatización para mantener la producción más allá de su programa estándar de 1.5 turnos al día.

Ambas máquinas LASER LINE de Shape-Master están equipadas con automatización. Una de ellas cuenta con un robot FANUC de 6 ejes integrado, un bastidor para herramientas HSK 63 dos en uno y palets, todo lo cual proporciona una producción continua, totalmente automatizada y sin luz, de una gran variedad de herramientas de tipo rotativo. Esta máquina también automatiza la producción de gran volumen de herramientas de diamante insertadas del taller.

La otra máquina LASER LINE de Shape-Master cuenta con una unidad apiladora que duplica su capacidad en función de la altura de sus palets. Cuando se procesan herramientas de perfil más bajo/cortas, caben hasta ocho palets en el estibador, y en cada uno caben hasta 300 piezas. Una automatización tan flexible fue un factor importante en la decisión de Shape-Master de adquirir las máquinas EWAG LASER LINE.

“Siempre hemos utilizado rectificadoras EWAG”, comenta Dan Chambers, Gerente de Aplicaciones de Shape-Master Tool. “Primero utilizamos máquinas manuales de EWAG, luego añadimos las rectificadoras CNC EWAMATIC LINE en la década de 1990, y esas máquinas aún se utilizan hoy en día”. 

Chambers afirmó que Shape-Master tardó algún tiempo en familiarizarse con el funcionamiento y las capacidades de sus máquinas LASER LINE. La capacitación formal incluyó una semana en la sede central de EWAG en Suiza y una semana de entrenamiento interno en el taller. Pero añadió que la capacitación siempre es un proceso continuo.

“UNITED GRINDING pone mucha atención a la capacitación y al soporte técnico de todos los equipos que proporcionan”, afirmó Chambers. "Su servicio de atención al cliente es muy completo y accesible. Siempre están ahí para resolver cualquier problema o responder nuestras preguntas. Dudo que pudiéramos haber logrado todo lo que tenemos sin su apoyo."

Añadió que el taller programa fácilmente las máquinas LASER LINE con el software de fácil manejo de EWAG y que éste se basa en el paquete de rectificado CNC de la empresa. Sin embargo, con múltiples ejes y cabezales láser, las LASER LINEs actúan más como centros de mecanizado que como rectificadoras CNC.

En Shape-Master, los cabezales de escaneo por láser de la máquina LASER LINE suelen avanzar a velocidades de varios miles de mm/min, y con pasos incrementales tan pequeños como 0.2 micras, a medida que se desplazan sobre una herramienta. Los tiempos de ciclo del mecanizado por láser oscilan entre un minuto y una hora, en función de la complejidad geométrica y el tamaño de la herramienta. La mayor parte de ese tiempo se utiliza en los bordes de corte y muy cerca de ellos.

“El láser genera geometrías, acabados y preparaciones de bordes que, de otro modo, serían muy difíciles o incluso imposibles de producir con el rectificado CNC”, explicó Chambers. "En lo que respecta a la preparación de bordes, por ejemplo, el rectificado convencional puede producir bordes afilados en el rango de 5 a 10 micras. El mecanizado por láser, por otro lado, puede producir bordes en el rango de 1.5 a 5 micras. El notable aumento de precisión es una ventaja significativa para nosotros". 

A la inversa, el rayo láser puede redondear un borde para proporcionarle mayor resistencia y hacerlo en una sola operación, el equivalente a combinar el rectificado CNC con una operación secundaria de bruñido. Las LASER LINE también pueden producir biseles y otras geometrías de bordes en 3D.

Los clientes utilizan las herramientas Shape-Master para mecanizar componentes fabricados con materiales que van desde los hierros fundidos y los aceros, hasta el uranio empobrecido, las aleaciones de aluminio y los materiales compuestos para una gran variedad de industrias que incluyen la automotriz, la aeroespacial, la energética y muchas otras.

Según Chambers, Shape-Master ha producido herramientas para componentes de exploración espacial, así como componentes para sistemas de defensa estadounidenses. También señaló que muchos de los clientes aeroespaciales del taller trabajan con materiales compuestos y exóticos, y cree que este tipo de materiales seguirán avanzando en la industria automovilística, también para reducir el peso y aumentar la eficiencia del combustible, como es el caso en la industria aeroespacial. Por lo tanto, las mismas herramientas avanzadas que el taller fabrica para sus clientes de la industria aeroespacial pronto se transferirán también a la industria automotriz.

"Nuestros clientes habituales nos recomendarían por la alta calidad de nuestros productos, nuestro servicio y nuestros empleados", afirma Chambers. "Atendemos todas las necesidades de nuestros clientes. Para ello, hemos invertido mucho capital en tecnología, equipos de inspección y equipos de acabados para poder competir y ofrecer mejores productos que la competencia. Eso es lo que esperan nuestros clientes y eso es lo que nos ayudan a cumplir nuestras máquinas EWAG".