Estado actual de corte: corte por láser en la vanguardia

Jun 05, 2023

J&J Company, fabricante de metales de Tennessee, Cupples adopta un enfoque inusual para el flujo de trabajo con sus 19 máquinas de corte por láser. Teniendo en cuenta que la operación tiene una entrega a tiempo casi perfecta, el enfoque está funcionando. imágenes falsas

Nota del editor: Esta es la segunda parte de nuestra serie Estado actual de corte de cuatro partes para conmemorar nuestro 50 aniversario. Consulte la Parte I, la Parte III y la Parte IV.

Cuando los novatos comienzan en el departamento de corte por láser en Cupples' J&J Company Inc., generalmente se encuentran descargando piezas cortadas de un nido, justo después de que salen del láser. Es un punto de partida común para muchos que comienzan su vida laboral en un taller de fabricación de metales típico, especialmente los pequeños (quizás una docena de empleados, menos de $5 millones en ingresos anuales) sin los sistemas de corte automático más comunes en operaciones más grandes.

La cuestión es que el J&J de Cupples no es pequeño. De hecho, según los estándares de fabricación personalizados, es una de las operaciones más grandes del país, con 340 empleados e ingresos anuales que superan los $63 millones. Entre una planta en Jackson y otra en Dyersburg, Tennessee, cuenta con 19 máquinas de corte por láser, incluidas algunas de las más potentes de este lado del Atlántico. Tiene más de 35 plegadoras, amplias capacidades de maquinado, una gran operación de soldadura (tanto manual como 25 celdas robóticas), las obras. Sin embargo, no verá una torre automatizada alimentando hojas o almacenando piezas cortadas en ninguna parte. El taller tiene un láser con carga/descarga automática, pero eso es para un manejo sin rayones, no para aumentar el rendimiento.

"La gente nos dice que para crecer, tenemos que automatizar todo", dijo Jeff Cupples, vicepresidente de estimación e ingeniería. “Bueno, de alguna manera, de alguna manera, nos las arreglamos sin eso. Seguíamos pensando: 'Eventualmente tendremos que usar la automatización'. Pero nuestra base de clientes prácticamente dijo que no era necesario. Tenemos un 99 % de entregas a tiempo. Y no tenemos deudas. Somos dueños de todas las máquinas que tenemos y pagamos en efectivo por las nuevas máquinas que compramos. Mundo loco, hemos encontrado nuestro nicho".

La operación continúa creciendo, prueba de que no existe una única "manera correcta" de administrar un departamento de corte por láser y, de hecho, administrar una operación de fabricación personalizada más amplia (y en el caso de Cupples, también un gran taller mecánico).

Para celebrar el 50.º año de la revista The FABRICATOR, echamos un vistazo al estado actual del corte por láser, analizando la operación en varios fabricantes destacados de todo el país. La revista y el corte por láser crecieron juntos. La cobertura de la publicación del corte por láser de láminas de metal se remonta a 1974. A lo largo de los años, ha documentado el ascenso de la máquina de corte por láser desde una oscura novedad y un reemplazo potencial del trabajo de prensa punzonadora de "herramienta flexible" hasta el dominio de la industria. Sin duda, J&J de Cupples no sería la operación que es hoy sin él.

Cupples adopta un enfoque de "mini-fábrica" ​​para sus operaciones de corte y doblado, regido por su combinación de clientes. La empresa tiene un puñado de clientes muy grandes que tienen requisitos de alta capacidad, por lo general suficientes piezas repetidas para llenar una mini fábrica completa. Cupples sigue siendo un taller de trabajo, por lo que abunda el intercambio de recursos. Si una minifábrica tiene capacidad disponible, los planificadores cambian el trabajo según convenga. Y queda una minifábrica dedicada a tiradas cortas y mezclas de productos altos.

Cada minifábrica cuenta con un grupo de personas muy familiarizadas con un grupo de productos, ya sea de un solo cliente o de un puñado de clientes. "Pero somos flexibles", dijo Cupples, y agregó que si las demandas de capacidad cambian, las personas se mudan entre las mini fábricas según sea necesario.

El personal no solo está familiarizado con un grupo de partes en un sentido superficial. Saben qué grado de material de qué molino se adapta mejor a esas piezas y qué láseres funcionan mejor.

El enfoque de la minifábrica guía las trayectorias profesionales, y la capacitación comienza siguiendo al personal veterano, no sentado frente a una computadora, mirando el diseño de un nido, sino de pie junto a la mesa de transporte láser, descargando piezas.

Cupples' J&J Company se ha hecho un nombre impulsando la vanguardia en el corte por láser. Invirtió en varios sistemas láser de fibra de 10 kW de Bystronic, así como en Eagles de 12 kW y 15 kW (en la foto).

Uno podría pensar que descargar partes sería una buena manera de perder gente nueva rápidamente. Pero eso no sucede en Cupples, principalmente porque los operadores aprenden la importancia de un proceso de descarga fluido. Si los operadores pueden retirar, apilar y enviar piezas aguas abajo a la siguiente operación rápidamente, saben que todas las variables operativas a su alrededor funcionan como deberían. Cada máquina tiene un cargador de brazo oscilante con alcance extendido. Y en cada máquina, las personas pueden acceder a la mesa de cambio en ambos lados, pudiendo retirar y clasificar las piezas lo más rápido posible.

Sacudir y romper es una rareza. "No nos gusta tabular [piezas en nidos]", dijo Cupples, y agregó que los programadores prestan mucha atención a la orientación de las piezas y a la configuración de listones de una máquina para lograr un soporte uniforme de las piezas cortadas, y a veces cambian la configuración de listones para adaptarse a la mezcla del día partes.

En cualquier situación, manual o automatizada, el sacudir y romper ralentiza el rendimiento y, para la mayoría de las personas, es un trabajo desagradecido. Si los novatos en Cupples pasaran sus días temblando y rompiéndose, probablemente no se quedarían en la compañía por mucho tiempo.

Tampoco se quedarían mucho tiempo si trabajaban en medio del caos, corriendo de una mesa de transporte a otra, sudando profusamente para quitar las piezas antes de que el láser terminara de cortar la hoja siguiente. Pero no corren. Una vez que el láser termina su ciclo, el sistema de doble lanzadera retira la hoja cortada y la reemplaza por una nueva. Los novatos descargan las piezas de forma ordenada y, mientras lo hacen, charlan con los veteranos para aprender cómo y por qué la operación funciona tan bien.

Por ejemplo, aprenden que, aunque es posible que algunas piezas deban pasar por el nivelador de piezas, no es necesario que pasen por el desbarbado de piezas planas. "Nuestra regla general es que queremos menos de 0,005 pulgadas de rebaba en el borde, lo que según los estándares de la industria es esencialmente sin rebaba", dijo Cupples. "Entonces, si no podemos lograr una rebaba de menos de 0,005 pulgadas de manera consistente con un láser de fibra, usamos nuestros láseres de CO2. Aun así, hacemos cortes de producción con 10 mm y más delgados con nitrógeno, y el 99 % de eso se corta con el láser de fibra”.

Otro ejemplo: un veterano que clasifica partes podría señalar dos partes angostas que serán piezas izquierda y derecha que se formarán en canales angostos. Están anidados uno al lado del otro pero reflejados para que los atributos de geometría de borde estén opuestos entre sí. El novato recuerda que el rendimiento del material es increíblemente importante y, sin embargo, organizar estas partes de esta manera parece dejar una sección web más amplia. Le comenta esto al veterano experimentado que está cerca, y el veterano le explica acerca de la liberación de la tensión residual después del corte, así como la naturaleza de las tolerancias de formación en la prensa plegadora. El espacio en blanco largo y estrecho se arquea muy ligeramente, porque el láser liberó la tensión que estaba atrapada en la hoja.

El equipo de la mini-fábrica hace todo lo posible para evitar esto, por supuesto. Trabajan en estrecha colaboración con el personal de compras y estudian cómo el corte afecta el stock de diferentes plantas y centros de servicio. De hecho, la compañía ajusta sus tablas de tecnología de corte según lo que sabe sobre cierto material de ciertas fuentes. Dos hojas idénticas del mismo grado y designación ASTM pueden cortarse de manera diferente si provienen de diferentes lugares.

Los programadores también anidan y programan el láser para minimizar estos efectos, asegurándose de que el láser tome un camino para "empujar el calor" del láser lejos de la pieza, tal vez orientando la pieza de una manera que mitigue los efectos de la tensión residual y las complicaciones en posteriores. formando

Pero en casos raros, una reverencia muy leve es inevitable. En la mayoría de los casos, esta pieza se enviaría a través del nivelador de piezas. Pero para estas piezas, el cliente no lo requiere. Las tolerancias de los canales formados son lo que realmente importa. Y orientar esas dos partes en el nido para que se reflejen entre sí le da al operador de la prensa plegadora dos partes ligeramente inclinadas en direcciones opuestas. Esto permite que el operador del freno empuje el error de tolerancia en la misma dirección, a la dimensión no crítica, tanto en el canal izquierdo como en el derecho.

Cupples agregó que un veterano que conversa con un novato probablemente no profundizaría en todos los detalles de inmediato (de lo contrario, las partes cortadas nunca se descargarían y clasificarían a tiempo). Independientemente, la operación de descarga manual brinda a las personas la oportunidad de observar realmente un nido de piezas cortadas, hablar sobre ellas y aprender. Los novatos aprenden cómo funciona la operación tan bien como lo hace, y las personas experimentadas obtienen información para seguir mejorando.

Los empleados descargan piezas de una mesa de transporte. Operando un láser de fibra de 10 kW, funcionan con 3/8 pulg. material a 225 pulgadas por minuto, demasiado rápido para que un solo operador lo descargue. Una cortina de luz rodea el sistema de carga y todo se restablece una vez que los operadores han despejado el área.

La empresa realiza anidamientos dinámicos tanto estáticos como automatizados, y la estrategia que elija depende del cliente y de las piezas que se corten. "Un nido no se trata solo de densidad", dijo Cupples. "Necesitamos piezas consistentes. Y si tenemos tolerancias estrictas, debemos prestar atención a la dirección del grano del material. Hay tantos escenarios y estamos preparados para trabajar con todos ellos todos los días".

Aunque suene contradictorio, el hecho de que Cupples' J&J tenga una buena cantidad de trabajo repetitivo, todo organizado en esas mini fábricas, hace que su descarga manual y clasificación de partes sea más efectiva. Si los gerentes tuvieran que repartir la mano de obra de descarga parcial entre 19 láseres que producen nidos de piezas de lotes pequeños de docenas o cientos de clientes, reinaría el caos. Una vez más, la empresa hace tiradas cortas y les dedica una minifábrica "miscelánea", pero la reducción de la producción es su pan de cada día.

La demanda de los clientes dicta el nido, y la demanda de Cupples es un poco más predecible que, digamos, un pequeño taller con cientos de clientes de bajo costo. Con el tiempo, los programadores y estimadores de una mini fábrica trabajan juntos para crear el nido de piezas óptimo, equilibrando la necesidad de un alto rendimiento del material, una buena consistencia de las piezas y un flujo fluido de las piezas, incluida la clasificación de las piezas.

Hacen coincidir el nido correcto de piezas con el láser adecuado y la mano de obra disponible para la clasificación de piezas. Si los láseres procesan un lote de material grueso, el gerente de la minifábrica podría programar solo a dos personas para operar tres máquinas. El tiempo del ciclo de corte es lo suficientemente largo como para que dos personas puedan iniciar programas y descargar piezas antes de que el láser termine de cortar la siguiente placa.

Del mismo modo, si una pieza está llena de piezas pequeñas con muchos agujeros, el tiempo del ciclo de corte será más largo, por lo que la operación podría necesitar menos personal de clasificación. Una persona podría ser suficiente para hacer funcionar la máquina y clasificar las piezas. Por el contrario, si un potente láser corta un nido de solo un puñado de piezas grandes, el láser termina en minutos. Esto requiere que un equipo de clasificadores esté listo para descargar piezas grandes (con asistencia de elevación) antes de que el láser termine de cortar. Alternativamente, un programador puede optar por anidar varias partes grandes rodeadas de partes más pequeñas. Esto alarga el ciclo de corte y les da a los clasificadores un poco más de tiempo para descargar.

"Tenemos equipos de clasificación flexibles que crecen y se reducen en número, según la longitud de la tirada en la hoja o placa", dijo Cupples.

Cupples se rió entre dientes. "Hay dos láseres de fibra de 10 kW en otras tiendas a menos de una milla de mí. ¡Estamos rodeados!" Agregó que los centros de servicio de acero cercanos también están instalando láseres de fibra de alta potencia. "Estas son empresas de miles de millones de dólares que están intensificando", dijo. "Necesitamos obtener una ventaja de alguna manera".

Cupples ha ganado esa ventaja con un enfoque doble. En primer lugar, es una tienda integral que ofrece no solo corte (incluidos plasma y chorro de agua), doblado, laminado, soldadura, pintura y ensamblaje, sino también mecanizado extensivo. Tampoco es un departamento de mecanizado pequeño; es una empresa de mecanizado de pleno derecho.

El taller utiliza la automatización adjunta a uno de sus láseres Bystronic, principalmente para el procesamiento sin rayones.

En segundo lugar, es un adoptador de tecnología de última generación, especialmente cuando se trata de láseres. El lugar cuenta con una sala blanca dedicada a la limpieza y mantenimiento de ópticas láser. Esto incluye la óptica de sus ocho láseres de CO2, que aún se mantienen ocupados cortando material grueso, y la empresa limpia y mantiene algunos de sus cabezales de láser de fibra más antiguos.

Excepto por el cambio de las correderas de la cubierta inferior, los cabezales de láser de fibra más nuevos están sellados y no se puede acceder a ellos excepto por el OEM del láser. Pero eso no impide que el fabricante perfeccione el proceso. Por ejemplo, en su láser de fibra Eagle de 12 kW (vendido en EE. UU. a través de Fairmont Machinery), el equipo de Cupples estudió el corte. Sabían que el rayo tenía el poder y el enfoque para hacer un buen corte extremadamente rápido, pero ¿podría ser aún mejor? Miraron la boquilla y tuvieron una idea.

"Dijimos: 'Oye, tenemos capacidad de mecanizado y stock de cobre. El fabricante de la máquina está de acuerdo con esto, así que cortemos nuestra propia boquilla y veamos qué sucede'", recordó Cupples. Esa boquilla, diseñada para promover el flujo laminar y reducir la turbulencia del gas auxiliar de nitrógeno a lo largo de la entalladura, aceleró la velocidad de corte en aproximadamente un 20 %. "La última vez que revisé, estábamos cortando acero al carbono de 3/8 de pulgada a aproximadamente 305 pulgadas por minuto".

En FABTECH® 2019, esa boquilla, informalmente llamada Cupples Nozzle, estuvo en exhibición en el stand de Eagle Laser. Como recordó Cupples, "La máquina de 15 kW en la feria estaba cortando acero de 3/8 de pulgada a 390 pulgadas por minuto con una boquilla Cupples".

Teniendo en cuenta los increíbles avances en la velocidad de corte en los últimos años, el riesgo generalmente vale la pena. Si una máquina nueva experimenta contratiempos importantes, rara vez afecta la capacidad general. De hecho, la capacidad de corte casi siempre aumenta, a pesar de los tiempos de inactividad no planificados.

Cupples recordó la instalación de un láser de fibra de 6 kW, la primera instalación de este tipo en América del Norte. "Parecía que éramos probadores alfa y beta en eso", dijo. "Durante los primeros seis meses, la máquina no funcionó la mitad del tiempo. Pero aun así, estábamos a la vanguardia de la tecnología y todavía obteníamos la producción. Sí, la máquina estuvo inactiva la mitad del tiempo, pero la máquina corría el doble de rápido [que nuestro láser anterior] y las aceleraciones eran mucho mejores. Así que, en última instancia, todavía teníamos más producción por menos dinero".

Dicho esto, Cupples es plenamente consciente de que no todas las empresas, incluidos los centros de servicios que cotizan en bolsa, estarían dispuestas a asumir tales riesgos y estar a la vanguardia tecnológica. Dar esos saltos diferencia a Cupples de la competencia y, no menos importante, aumenta el conocimiento técnico de muchos de los que trabajan allí.

También permite a la empresa colaborar con una variedad de proveedores de la industria, desde Bystronic hasta Eagle y High-YAG, para ayudarlos a desarrollar los mejores productos posibles. Esta colaboración, desde el cliente final hasta el fabricante y el fabricante de equipos, es la razón por la cual la editorial The FABRICATOR, la Asociación de Fabricantes y Fabricantes, se lanzó hace medio siglo. J&J de Cupples, que ha agregado más de 100 empleados en los últimos 18 meses, es una prueba de lo bien que realmente funciona esa colaboración.