Aumentando la producción de cárteres

May 20, 2023

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

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

En un mercado de consumo saturado con 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, nuevamente estamos en camino de batir nuestros récords de producción año tras año”, añadió. El crecimiento también ha llevado a Kawasaki a abrir una segunda planta, a 200 millas de distancia, en Boonville, Missouri.

Fundada en 1989, y la única operación dedicada a la fabricación de motores Kawasaki en los EE. UU., la compañía tiene unos 1.000 empleados, más de 900.000 pies cuadrados [83.613 metros cuadrados] de espacio de fabricación y la asombrosa cifra de 470 máquinas CNC, que van desde VMC y HMC hasta tornos y lavadoras, con una lista quién es quién de las marcas líderes.

Otro punto fuerte de la operación de la planta Maryville de Kawasaki es la integración vertical, ya que el 95 por ciento de sus productos (comenzando con la fundición a presión de los cárteres) se fabrican y ensamblan completamente dentro de la planta. Esto asegura el control de la fabricación de todas las piezas del motor (cárteres, culatas, ejes, tapas 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 de funcionamiento de tres turnos y siete días de duración. Era necesario subcontratar 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.

"Nos fijamos el objetivo, nuestra visión número uno, eliminar el tiempo y los errores del operador y controlar completamente nuestra calidad", dijo Walter. “Formamos un comité de seis personas para evaluar las opciones. Sin lugar a dudas, el comité decidió que todos los caminos conducirían a la automatización total”.

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

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

Teniendo en cuenta el objetivo de completar cada motor, que requiere muchos orificios, cilindros y características que deben ser perforados, taladrados, roscados y planeados en unos pocos minutos, KMM sabía que necesitaba una técnica dinámica. Para ello 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 del ciclo, garantizando al mismo tiempo la calidad y eliminando el tiempo de inactividad. El equipo de Grob llevó a cabo un análisis en profundidad y determinó que en lugar de tener dos celdas compuestas por ocho máquinas por línea con una persona cargando las piezas manualmente, lo cual estaba plagado de problemas, una mejor solución sería una línea de cuatro máquinas en dos celdas con un pórtico elevado 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 escurrimiento, que lograron una reducción del tiempo de ciclo de más del cinco por ciento más rápido que nuestro objetivo. En realidad, no pensábamos que pudieran hacerlo, pero sorprendentemente lo hicieron. Quedamos muy impresionados y les dimos el visto bueno”, dijo Walter.

A finales de 2016, se instaló la primera línea Grob en la planta de Maryville y KMM se puso a trabajar arrancando cárteres. La nueva línea, compuesta por cuatro centros de mecanizado CNC G500 dispuestos en dos celdas con un pórtico de carga aéreo automatizado Grob, cuenta con una estación de carga al inicio de la línea y una estación al final de la línea donde se rectifican los cárteres. , probado contra fugas y lavado. La instalación 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 añadido 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 y ha aumentado drásticamente el rendimiento de piezas terminadas y precisas 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 solamente", 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 reducción del número de configuraciones manuales, hemos ahorrado más de $160 000 al año en nuestros costos de mano de obra y hemos obtenido $32 000 adicionales en ahorros anuales mediante la eliminación del tiempo de inactividad causado por piezas mal colocadas", continuó Walter. “Y los ahorros ni siquiera incluyen los costos evitados, como cuando se dañan los componentes principales de la máquina. Además, la reducción de más del cinco por ciento del tiempo por ciclo 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 por contratar y retener suficientes trabajadores para nuestra planta de Maryville", dijo Walter, "y las líneas Grob han sido fundamentales para permitirnos mantener el ritmo de la demanda y al mismo tiempo 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 rígidos y compactos centros de mecanizado CNC de 5 ejes G500 de Grob que se fabrican en las instalaciones de 400.000 pies cuadrados [37.161 metros cuadrados] de la empresa 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.

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

Al utilizar un diseño de husillo horizontal, se mantienen condiciones de fresado 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 caen 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 encima del transportador de virutas y los cambios de herramientas se producen fuera del área de trabajo, lo que elimina la interferencia de 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 críticas 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", añadió, "y hay acceso abierto al gabinete hidráulico y neumático, lo que facilita el mantenimiento".

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

“Estamos muy satisfechos con el soporte durante el proceso de implementación de Grob. Éramos ecológicos en lo que respecta a los controladores Siemens y el personal de Grob ha sido excelente cuando necesitábamos ayuda. No puedo elogiar lo suficiente a su gerente de proyecto e ingeniero de servicio por cómo nos han tratado con cada problema o solicitud que hemos tenido en las líneas Grob”, dijo Walter.

“Además, como su fábrica está en EE. UU., sentimos que no tendríamos que esperar por piezas si las máquinas necesitaban servicio. Su capacidad de servicio completo es excelente y hemos descubierto que el 98 por ciento de las veces cualquier problema que pueda surgir se puede resolver utilizando su servicio de diagnóstico remoto”, añadió Wilmes.

Y ese es el tiempo que Kawasaki puede aprovechar para sacar aún más cárteres.

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