
El análisis global del desgaste de herramientas: perspectivas más allá del mecanizado / nº 237
Las herramientas de corte son elementos fundamentales del proceso de mecanizado. En función de qué herramientas se seleccionen y cómo se apliquen, es posible conseguir la máxima productividad para el mecanizado o, por el contrario, generar cuellos de botella en la producción. Gran parte de ello depende de la gestión que se haga del uso de las herramientas con respecto al proceso de fabricación en general
Las herramientas de corte son, por naturaleza, consumibles: se desgastan hasta que dejan de poder utilizarse. Un método tradicional para la gestión de herramientas de mecanizado se basa en el uso exclusivo de análisis de desgaste, basado en la manipulación de los materiales de las herramientas, sus geometrías y otros parámetros de aplicación para mejorar el rendimiento de las herramientas y prolongar su vida útil en una determinada operación. No obstante, para conseguir la máxima eficiencia en el proceso de fabricación de unas instalaciones completa, es necesario tener en consideración una gran cantidad de factores además del desgaste. Es esencial examinar el desgaste de las herramientas de corte, es decir, el deterioro de las herramientas, con relación al proceso de fabricación general o «global».
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Figura 1
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El análisis global del desgaste de herramientas (GTDA, por sus siglas en inglés «Global Tool Deterioration Analysis») va más allá del cálculo básico del desgaste de las herramientas e incluye otras consideraciones con respecto a ellas, como el tiempo dedicado a su manipulación, determinados problemas distintos del desgaste, factores económicos de la producción, organización de talleres, actitudes del personal y presunciones sobre ellos, gestión de la optimización de los valores y costes de producción totales. El GTDA se basa en la evaluación regular de una gran cantidad de herramientas de corte usadas en un determinado taller y seleccionadas al azar para generar una visión completa de sus contribuciones al proceso general de fabricación de las instalaciones.
El proceso de fabricación global
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Figura 2
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La evolución del proceso de fabricación
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Figura 3
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Aunque los problemas de rendimiento más importantes siguen siendo los mismos (la rentabilidad, la eficiencia, una determinada calidad mínima y un cierto rendimiento), las técnicas de producción en serie de segunda y tercera generación requieren de diferentes estrategias para analizar la vida útil de las herramientas. En una situación HVLM de segunda generación, se mecanizan piezas idénticas a partir de un mismo material a mecanizar en ciclos de producción que pueden durar varios días, meses o años con los mismos equipos e idénticos tipos de piezas de corte. En dicha situación, la gestión de la vida útil de las herramientas es relativamente sencilla. El personal del taller emplea pruebas de prototipación y ensayos para calcular la vida útil media de las herramientas de la forma más precisa posible y, seguidamente, dividen la cantidad de piezas que se deseen por el valor esperado de vida útil de cada herramienta.
Contar con datos coherentes sobre la vida útil esperada para las herramientas permite a un taller planificar cambios de herramientas que consigan la máxima utilización para las herramientas y contribuyan a mantener la producción de forma continua. No obstante, los métodos de producción HVLM están perdiendo presencia. Para equilibrar un stock de piezas con la demanda de forma que sea posible realizar cambios de diseño continuamente, los fabricantes cada vez mecanizan menos piezas en ciclos largos y sin efectuar modificaciones.
Al mismo tiempo, las estrategias de producción en serie de tercera generación HMLV ganan cada vez más aceptación. Los procesos HMLV, capaces de ajustarse rápidamente, se adaptan bien a los objetivos actuales relacionados con los stocks y el diseño, pero el proceso de planificación es mucho más complejo. A un ciclo de diez piezas pueden seguir lotes de dos o cinco de ellas, puede que incluso de un único componente. Los materiales a mecanizar pueden ir del acero al aluminio, pasando por el titanio, y las geometrías de las piezas pueden oscilar entre lo sencillo y lo complejo. No se dispone de suficiente tiempo como para efectuar ensayos para calcular la vida útil de las herramientas.
En tales casos, los talleres suelen hacer estimaciones conservadoras sobre la esperanza de vida útil de las herramientas y, para estar seguros, utilizan una nueva herramienta para cada ciclo para seguidamente desecharla antes de que complete su vida productiva real. Una estrategia más generalizada para analizar el desgaste de las herramientas y unas predicciones acordes con ella pueden ayudar a reducir al mínimo las pérdidas de capacidad de las herramientas de corte.
La posibilidad de rendimientos binarios
Se demanda la misma calidad, rentabilidad y eficiencia, pero conseguir el máximo rendimiento al primer intento se convierte en una necesidad esencial, en cuyo caso el factor más importante que debe tenerse en cuenta es evitar que se rompan las piezas. Una de las ventajas de este método es que el desgaste de las herramientas es un problema ínfimo en ciclos a corto plazo, lo que permite al taller, dentro de lo razonable, aplicar parámetros de corte más agresivos y que favorezcan la productividad.
La artesanía y la contribución humana
Por el contrario, en las aplicaciones HMLV, caracterizadas por la rapidez de sus cambios, se destaca de nuevo el papel del ser humano hasta el punto de que las operaciones necesitan de una especie de artesanía tradicional, que requiere de creatividad y flexibilidad para adaptar de forma eficaz los continuos cambios de piezas y condiciones de corte característicos de le mecanizado HMLV.
Un enfoque centrado en el proceso antes de los resultados
No obstante, la formación de rebabas está relacionada con la geometría de las herramientas y con parámetros de aplicación, y, por tanto, debe tenerse en cuenta en el análisis del deterioro de las herramientas. La rotura de herramientas, otro problema que con frecuencia no suele derivar del desgaste, sí que tiene relación con los materiales de las herramientas, su geometría y los parámetros de aplicación, además de factores relacionados con las herramientas de mecanizado.
Los elementos de la excelencia operativa
En primer lugar, es de extrema importancia conocer el proceso global de mecanizado y la relación existente entre la operación de mecanizado que vaya a realizarse y el material a mecanizar. En segundo lugar, deben dedicarse esfuerzos a la reducción de residuos, para lo que deben aplicarse estrategias de «fabricación ajustada» e iniciativas de otra índole. En tercer lugar, es necesario poner en práctica los conceptos de la economía de producción para garantizar la rentabilidad. En cuarto lugar, deben compararse los objetivos porcentuales de producción con la cantidad de producto fabricado y la variedad de piezas fabricadas; debe considerarse que alcanzar la máxima flexibilidad es una manera de evitar la formación de cuellos de botella en la medida de lo posible, pero es necesario controlar la variabilidad para garantizar que las tolerancias de las piezas se mantengan constantes. Por último, es necesario destacar el valor del personal encargado de la fabricación para sacar todo el partido del recurso, único e irreemplazable, que constituye.
Consideraciones más allá del desgaste de las herramientas
La consideración económica más básica sobre las herramientas está clara: cuestan dinero. En la Figura 4 se presentan el coste de diversos elementos del proceso de mecanizado y sus costes totales en forma de COGS. Estos datos permiten a un taller comparar y contrastar los diferentes elementos de los costes de producción, siempre con vistas a localizar aspectos que permitan reducir costes y favorecer la rentabilidad de las operaciones.
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Figura 4
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Otro factor económico relacionado con las herramientas es el de la inversión temporal: el tiempo necesario para manipular herramientas fuera de las propias operaciones de mecanizado. El tiempo empleado en cambiar y configurar herramientas se analiza por medio de técnicas de análisis SMED, las cuales también permiten observar los sobrecostes generados más allá del desgaste y la sustitución de herramientas. Parte de estos gastos están relacionados con la adquisición, la organización y el montaje de herramientas, y la carga de programas en la herramienta de mecanizado.
Por medio de la OEE se calcula qué parte del tiempo de fabricación disponible se emplea de forma efectiva. Con un análisis de OEE se señalan las pérdidas, se establecen cotas de referencia de avance en los trabajos y se eliminan residuos para mejorar la productividad. Se calcula el tiempo de producción total disponible, a lo que se resta el tiempo de inactividad planificado, las averías inesperadas, los cambios de equipo, las paradas mínimas, las pérdidas de velocidad, los desechos y las rectificaciones para obtener un tiempo de mecanizado efectivo expresado en forma de porcentaje sobre el total de tiempo disponible. Un OEE del 100 % -un objetivo loable, aunque prácticamente inalcanzable- significa que una pieza se produce con la calidad especificada, a máxima velocidad y sin pérdidas de tiempo.
Mediante el análisis VSM se indica la necesidad de equilibrar mejoras de rendimiento entre todos los elementos del proceso de fabricación. La Figura 5 es una representación gráfica de los efectos que tiene la mejora del rendimiento de un elemento en un sistema sin realizar mejoras en otros. Piense en una embarcación de remo: un mayor rendimiento por parte de uno de los remeros lo que hará será afectar negativamente al rendimiento general.
Las mejoras en las diferentes partes del proceso deben efectuarse en función de la cantidad de productos fabricados y su variedad, las características de los materiales a mecanizar, las diferentes geometrías de las piezas, las herramientas de mecanizado y los requisitos de los útiles, entre otros factores, para conseguir y mantener el equilibrio en la totalidad de una operación de fabricación.
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Figura 5
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El análisis global del desgaste de herramientas
Para triunfar, un taller debe contar con la disciplina de iniciar un programa de GTDA y (de igual importancia) continuar con la revisión de herramientas y el análisis de datos de forma regular. También se requiere de otra forma de disciplina: la sinceridad. Un taller debe aceptar, con sinceridad y objetividad, los resultados del análisis y estar dispuesto a actuar en función de los resultados que se hayan obtenido con independencia de las prácticas habituales o las políticas del taller, o de cualquier otra opinión sin base tangible en lo referente a los parámetros de aplicación de las herramientas.
Conclusión
GTDA: el por qué y el cómo
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