Aplicación de la medición con sonda en proceso en el mecanizado de cubos de rueda de automóviles

I. Perfil del cliente

El cliente es un gran fabricante de llantas de aleación de aluminio de China, con casi veinte años de experiencia en la producción. La empresa se centra en ruedas para turismos, vehículos comerciales y motocicletas de alta gama.

Son proveedores a largo plazo de varios fabricantes de equipos originales en joint-venture, como Volkswagen, Toyota y Honda. La producción anual es de unos cuatro millones de ruedas, que se exportan a más de treinta países. En el mercado nacional de llantas de gama media y alta, la empresa se mantiene entre los principales proveedores.

Dado que la mayor parte de su negocio procede de programas OEM, el cliente sigue estrictas normas de calidad en automoción. Para el mecanizado de ruedas, hacen especial hincapié en la precisión dimensional, la uniformidad de los lotes y la estabilidad de la producción.

II. Antecedentes

En los últimos años, la industria del automóvil ha evolucionado hacia estructuras más ligeras, tolerancias más estrictas y normas de seguridad más estrictas. Como resultado, los fabricantes de equipos originales exigen ahora un control mucho más estricto de las dimensiones clave de las ruedas, como la concentricidad, la excentricidad axial y el diámetro interior. En algunos modelos, las tolerancias se han reducido a ±0,05 mm.

Al mismo tiempo, la demanda del mercado se ha fragmentado más. Los modelos de ruedas se actualizan con más frecuencia y la producción cambia a menudo entre distintos tipos en ciclos cortos. El cliente debe mantener la flexibilidad al tiempo que mantiene un alto nivel de producción global.

Con el modo de producción original, se hicieron cada vez más evidentes dos problemas. En primer lugar, las piezas en bruto de aluminio fundido por gravedad mostraban una gran variación en la tolerancia de mecanizado, normalmente entre 0,3 y 0,8 mm. Esto se debía al desgaste del molde y a un enfriamiento desigual. La alineación manual no podía compensar estas variaciones de forma estable.

En segundo lugar, la inspección dimensional se basaba principalmente en mediciones de MMC fuera de línea. Había que retirar cada pieza de la máquina y llevarla a una sala de inspección independiente. Una sola comprobación requería más de quince minutos y se limitaba a un muestreo. No se podía controlar la calidad de todo el lote y las desviaciones se descubrían a menudo demasiado tarde.

Para cerrar la brecha entre el mecanizado y la inspección, el cliente decidió introducir la medición en proceso y construir un sistema de bucle cerrado que vinculara el mecanizado, la medición y la compensación.

III. Principales retos

1. Elevada chatarra causada por un posicionamiento inexacto

Las piezas en bruto se alineaban manualmente con relojes comparadores. El resultado dependía en gran medida de la experiencia del operario. Cada ajuste requería unos cinco minutos, pero la precisión de posicionamiento sólo podía alcanzar ±0,1 mm. Esto no era suficiente para compensar el margen de mecanizado desigual de las piezas en bruto fundidas.

Por término medio, se desechaban más de 300 piezas al mes por falta de material o dimensiones fuera de tolerancia. Con un coste unitario de 150 RMB, las pérdidas anuales superaban los 540.000 RMB.

2. Retraso en la respuesta de la inspección fuera de línea

Sólo se inspeccionaba alrededor del cinco por ciento de cada lote. Esto hacía imposible detectar en tiempo real los cambios causados por la deriva térmica del husillo, el desgaste de la herramienta o la desviación de la pieza en bruto.

En un caso, el calentamiento del husillo provocó errores de concentricidad superiores a 0,1 mm en un lote de más de 1.000 muelas. El problema se descubrió cuando ya se habían terminado todas las piezas. Las pérdidas directas superaron los 150.000 RMB y los plazos de entrega al fabricante se vieron afectados.

3. Poca coherencia durante los frecuentes cambios de modelo

El cliente cambia entre más de veinte modelos de ruedas cada mes. Cada cambio requería una nueva configuración y ajuste de parámetros, lo que llevaba de dos a tres horas.

Como los distintos operarios ajustaban las máquinas de forma diferente, las dimensiones clave variaban entre lotes del mismo modelo. Los índices de reclamaciones de los OEM alcanzaron el tres por ciento, lo que generó presión sobre la gestión de la calidad.

IV. Solución

Qidu Metrología trabajó con el cliente para desarrollar una solución basada en sus diez centros de mecanizado vertical VMC850. El sistema combina el DOP40 palpador cnc con software de medición específico.

El objetivo era crear un proceso en el que la medición se realizara directamente en la máquina y se utilizara inmediatamente para la compensación.

1. Compensación del posicionamiento de la fijación

Tras sujetar la pieza en bruto, el CNC inicia automáticamente el ciclo de palpación. El palpador mide cuatro puntos distribuidos uniformemente dentro del agujero central. A continuación, se miden cinco puntos de referencia en la cara de montaje para evaluar la planitud y la desviación de altura.

El software calcula la posición real de la pieza y la compara con las coordenadas programadas. Se generan valores de compensación para los ejes X, Y y Z y se envían directamente al control CNC.

Con este método, la precisión de posicionamiento se mantiene dentro de ±0,02 mm, sin necesidad de ajuste manual.

2. Control de las dimensiones durante el proceso

Para los modelos de ruedas de alto valor, se realiza una comprobación adicional entre el desbaste y el acabado. La sonda cnc mide dimensiones críticas como el diámetro del orificio y la altura del escalón.

Si algún valor supera la tolerancia preestablecida de ±0,03 mm, el sistema detiene el proceso y emite una alarma. Se sugiere la compensación del desgaste de la herramienta antes de continuar con el mecanizado, lo que evita grandes lotes de piezas defectuosas.

3. Cambio rápido entre modelos

Una base de datos de modelos almacena los puntos de palpado, las reglas de compensación y los límites de tolerancia de cada tipo de rueda. Cuando cambia la producción, el operario sólo tiene que seleccionar el programa correspondiente.

No es necesario volver a depurar manualmente. El tiempo de cambio se reduce de dos o tres horas a menos de quince minutos.

V. Resultados

Tras la puesta en funcionamiento de la sonda DOP40 cnc, el cliente consiguió mejoras cuantificables.

• Concentricidad mejorada de 0,1 mm a 0,04 mm
• La excentricidad axial se controla ahora dentro de ±0,03 mm
• El rendimiento de primer paso aumentó de 96,5% a 99,8%
• La variación dimensional entre lotes se redujo con 60%
• La tasa de reclamaciones de los OEM cayó por debajo del 0,2%

El tiempo de preparación por máquina se redujo de cinco minutos a menos de cuarenta y cinco segundos. La producción por turno aumentó en 22%. La eficacia del cambio de modelo mejoró en 87,5%, y la utilización global de la capacidad aumentó a 95%.

La tasa de chatarra se redujo de 0,75% a 0,1%, lo que supuso un ahorro de más de 540.000 RMB al año. La carga de trabajo de inspección fuera de línea se redujo en 70%. Como la compensación de corte es ahora más uniforme, la vida útil de la herramienta aumentó en 20%.

VI. Comentarios de los clientes

“El sistema de palpado de Qidu nos ha ayudado a resolver problemas de larga duración entre el control de precisión y la eficiencia de la producción. El posicionamiento automatizado ha reducido nuestra dependencia de las habilidades manuales, y la estabilidad dimensional ha mejorado significativamente. Su equipo de asistencia técnica respondió rápidamente y proporcionó soluciones adaptadas a nuestro proceso. Les consideramos un socio a largo plazo”. - Director de Tecnología de Producción