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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE SUJECIÓN DE ÁLABES DE TURBINAS DE AVIONES COMERCIALES PARA MÁQUINA DE GRANALLADO

Por: Eric Anthony Benedetti Silberman Sartenejas, Marzo de 2007

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE SUJECIÓN DE ÁLABES DE TURBINAS DE AVIONES COMERCIALES PARA MÁQUINA DE GRANALLADO

Por: Eric Anthony Benedetti Silberman Realizado con la asesoría de: Prof. Oscar González (Tutor Académico) Ing. Mustafa Abdulali (Tutor Industrial) INFORME DE PASANTIA LARGA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico. Sartenejas, Marzo de 2007

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE SUJECIÓN DE ÁLABES DE TURBINAS PARA MÁQUINA DE GRANALLADO

INFORME DE PASANTÍA Presentado por: Eric Anthony Benedetti Silberman Realizado con la asesoría de: Tutor Académico: Oscar González Tutor Industrial: Mustafa Abdulali RESUMEN El presente proyecto de pasantía , realizado en la Unidad de Negocios de Álabes de la empresa Heico, consistió en diseñar y construir un sistema de sujeción para álabes de turbina de aviones comerciales, en una máquina de granallado o peening. Para el desarrollo del diseño, se realizó un estudio del sistema existente buscando mejorar los aspectos criticados por los operarios y personal de la planta. Se hicieron pruebas y análisis del sistema existente para luego presentar varias opciones de solución. Posteriormente, se realizaron modelos en programa CAD tridimensional. Por problemas con las máquinas de granallado, se invirtió parte del tiempo de la pasantía en hacer análisis estadístico de predicción de las dimensiones finales en los álabes, basándose en las dimensiones a nivel de forja de las piezas; también se realizó un sistema de inventario para más de cincuenta mil piezas de 21 modelos diferentes. PALABRAS CLAVES Granallado o shot peening, prevención a fatiga, álabes de turbina, predicción estadística, inventario

i

ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................................................. III LISTA DE ANGLICISMOS Y ABREVIATURAS ................................................................................. IV CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA...................................................................................4 1.1

UBICACIÓN .................................................................................................................................... 4

1.2

DATOS GENERALES DE LA EMPRESA .............................................................................................. 5

1.3

DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ....................................................................................................... 5

1.4

MISIÓN .......................................................................................................................................... 7

1.5

VISIÓN ........................................................................................................................................... 7

1.6

VALORES ....................................................................................................................................... 8

1.7

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE ÁLABES ............................................................. 8

1.7.1

Recepción y almacenamiento de forjas ...................................................................................8

1.7.2

Inspección de forjas. .............................................................................................................. 11

1.7.3

Análisis estadístico predictivo de las dimensiones finales. ................................................... 13

1.7.4

Revisión de documentos y asignación de número de orden. ................................................. 14

1.7.5

Encapsulado........................................................................................................................... 15

1.7.6

Desbaste a la raíz en centros de mecanizado. ........................................................................ 17

1.7.7

Mecanizado final de la raíz en rectificadoras CNC de 5 ejes. ............................................... 18

1.7.8

Impresión de serial y número de parte. .................................................................................. 20

1.7.9

Desencapsulado. .................................................................................................................... 20

1.7.10

Remoción de virutas. ............................................................................................................. 21

1.7.11

Inspección intermedia (todas las piezas). .............................................................................. 21

1.7.12

Granallado o Shot Peening al perfil aerodinámico. ............................................................... 21

1.7.13

Granallado o Shot Peening a la raíz ...................................................................................... 22

1.7.14

Tumbler o Media. .................................................................................................................. 23

1.7.15

Inspección final (todas las piezas). ........................................................................................ 24

CAPITULO 2. DISEÑO DE “FIXTURE” PARA MÁQUINA DE GRANALLADO ........................... 25 2.1

FUNDAMENTOS TEÓRICOS ........................................................................................................... 25

2.1.1

Abrasivos para shot peening .................................................................................................. 26

2.1.2

Variables del proceso ............................................................................................................ 27

2.2

UTILIZACIÓN EN HEICO – ABU. ............................................................................................... 29

2.3

ENTRENAMIENTO EN FUNCIONAMIENTO Y OPERACIÓN DE PEENING MACHINES. ........................ 30

2.4

ESTUDIO DE FIXTURE EXISTENTE. ............................................................................................... 32

2.5

SOLUCIONES PLANTEADAS AL PROBLEMA. .................................................................................. 32

2.5.1

Liberación rápida de todo el fixture....................................................................................... 35

ii 2.5.2

Liberación rápida de la parte superior del fixture utilizando dos columnas .......................... 35

2.5.3

Rotación rápida la parte superior del fixture: ........................................................................ 36

2.6

EVALUACIÓN DE LAS SOLUCIONES PLANTEADAS ........................................................................ 36

2.7

PART MARK MASK ..................................................................................................................... 38

2.8

RESULTADOS DEL ENSAYO REALIZADO AL NUEVO DISEÑO DEL FIXTURE .................................... 40

2.9

RECOMENDACIONES.................................................................................................................... 41

CAPITULO 3. PREDICCIÓN ESTADÍSTICA DE DIMENSIONES FINALES EN ÁLABES .......... 42

3.1

Conclusiones y Resultados ............................................................................... 46

CAPITULO 4. ORGANIZACIÓN E INVENTARIO DE PIEZAS. SISTEMA DE UBICACIÓN ...... 47 4.1

FUNDAMENTOS TEÓRICOS ........................................................................................................... 47

4.1.1

Concepto de Inventario .......................................................................................................... 47

4.1.2

Objetivos del inventario......................................................................................................... 47

4.1.3

Funciones que efectúa el Inventario ...................................................................................... 47

4.1.4

Administración de Inventarios .............................................................................................. 48

4.1.4.1

Concepto ......................................................................................................................................... 48

4.1.4.2

Finalidad ......................................................................................................................................... 48

4.1.5

Importancia ........................................................................................................................... 49

4.1.6

Control interno sobre inventarios ......................................................................................... 51

4.2

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................................................... 51

4.3

RESULTADOS Y CONCLUSIONES .................................................................................................. 55

4.4

RECOMENDACIONES.................................................................................................................... 56

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................................... 57

iii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Ubicación de la Planta Heico Aerospace Corporation ........................................ 4 Figura 2 Forjas en cajas .................................................................................................... 10 Figura 3 Forja modelo A2JAP104 .................................................................................... 10 Figura 4 Inspección visual ................................................................................................ 11 Figura 5 CMM .................................................................................................................. 12 Figura 6 Pieza siendo inspeccionada en el CMM ............................................................. 12 Figura 7 “Router” .............................................................................................................. 15 Figura 8 “Cerrotru” ........................................................................................................... 15 Figura 9 Encapsulado ........................................................................................................ 16 Figura 10 Desbaste de raíz ................................................................................................ 17 Figura 11 Rectificado CNC .............................................................................................. 19 Figura 12 Desencapsulado ................................................................................................ 20 Figura 13 Máquinas de granallado .................................................................................... 22 Figura 14 Estación de granallado a la raíz ........................................................................ 23 Figura 15 Tumbler ............................................................................................................ 24 Figura 16 Componentes de sistema de sujeción de pieza en máquina de granallado ...... 31 Figura 17 Liberación rápida de todo el fixture.................................................................. 35 Figura 18 Liberación rápida de la parte superior del fixture utilizando dos columnas ..... 36 Figura 19 Rotación rápida de la parte superior del fixture................................................ 36 Figura 20 Nuevo diseño de Fixture................................................................................... 37 Figura 21 Nuevo diseño de fixture, forrado ...................................................................... 38 Figura 22 PMM ................................................................................................................. 39 Figura 23 Sección transversal del perfil aerodinámico de un álabe modelo JAK615 ...... 42 Figura 24 Álabe modelo JAK615 ..................................................................................... 43 Figura 25 Vista planta Álabe modelo JAK615 ................................................................. 43 Figura 26 Distribución original de baúles alrededor de la empresa.................................. 53 Figura 27 Nueva distribución de cajas y baúles................................................................ 54

iv LISTA DE ANGLICISMOS Y ABREVIATURAS

Shot peening: Proceso de granallado HEICO Aerospace Corporation: Empresa HEICO. F.A.A.: federal aviation administration (administracion federal de aviacion de USA). A.B.U: airfoil business unit (división de negocios de álabes). MiniTAB: Programa utilizado para control estadístico. C.M.M.: control measuring machine (máquina de medición por coordenadas). P.M.A.: product manufacturing approval (aprobación de fabricación de producto). CNC: computer numerical control (control numérico computarizado). JA, JAK y JAP: familia de piezas – álabes de turbinas de aviones comerciales. RTV: return to vendor (devolver al proveedor). Forgings: forjas. ProEngineer: programa de dibujo asistido por computador. Scrap: pieza que se desecha en el proceso de fabricación por no cumplir cierto parámetro. Fixture: sistema de sujeción o anclaje de piezas P.M.M.: part mark mask (protector del número de serial del álabe en la máquina de granallado, fabricado en plástico de alta resistencia). P.M.: part mask (pieza en donde es introducido el perfil aerodinámico del álabe durante el proceso de granallado de la raíz).

INTRODUCCIÓN HEICO Aerospace Corporation, es una empresa con sede principal en HollywoodFlorida-USA, dedicada a la fabricación de diversas piezas para aviones de las principales aerolíneas comerciales a nivel mundial. El rango de piezas fabricadas por HEICO abarca desde piezas de fuselaje hasta partes de motor. La fabricación de piezas a ser utilizadas en aeronaves dentro de los Estados Unidos de América, para cualquier aerolínea o particular, se rige bajo las normas y/o leyes de la F.A.A. (Federal Aviation Administration (Administración Federal de Aviación)). Este organismo es el ente responsable de aprobar o rechazar la construcción de piezas y procedimientos relacionados con la aviación civil. Dentro de la gama de productos de HEICO Corporation, se encuentran los álabes de turbinas de los motores de avión. La división de A.B.U. (airfoil business unit (división de negocios de álabes)), es la responsable de la fabricación y distribución de este producto. El proceso de fabricación de álabes en HEICO empieza por la utilización de forjas importadas desde Alemania, las cuales deben cumplir con unas características geométricas y de acabado superficial para poder ser aceptadas en el proceso. Estas piezas son trabajadas en diferentes procesos de mecanizado, post-mecanizado e inspección para llegar al producto final. La técnica de granallado o shot peening, es uno de los procesos de post mecanizado más importantes que se le realiza a los álabes de turbinas de aviones comerciales. Tiene como finalidad aliviar esfuerzos residuales del mecanizado y disminuir la posibilidad de falla a fatiga de las piezas. La técnica de granallado consiste en bombardear con esferas de metal, vidrio o cerámica, al material de trabajo bajo condiciones controladas. La finalidad es inducir una superficie o capa de compresión. Esta capa que se forma, impide la formación de pequeñas grietas que a posteriori provocarían una posible falla por fatiga. Los esfuerzos de compresión también benefician en aumentar la resistencia tanto a la fatiga corrosiva como a la ruptura por esfuerzos de corrosión en la pieza. Shot Peening también puede ser utilizado para controlar la porosidad y textura de la superficie.

2 La empresa HEICO Aerospace Corporation, en la división de A.B.U., decide ofrecer esta pasantía con la finalidad de hacer un mejor diseño en la sujeción de las piezas dentro de la máquina de granallado a la raíz de los álabes, con el objetivo fundamental de evitar el desperdicio de piezas provocado por el sistema de sujeción. A medida que las piezas van avanzando en la cadena de fabricación, se van sometiendo a inspección de las dimensiones. Las piezas en las cuales las dimensiones revisadas no estén dentro del rango permisible, van siendo desechadas y separadas del lote de producción. El resto de las piezas que son aceptadas, continúan en el proceso. Siendo el granallado uno de los últimos procesos a los que se somete las piezas, resulta en una pérdida importante de dinero el desechar piezas en esa etapa, considerándose que el costo promedio de las piezas es US$ 350.00. De allí la motivación de asegurar en la medida de lo posible la obtención de piezas buenas. Esta pasantía correspondió a un trabajo que tuvo una duración de 20 semanas, lapso durante el cual se llevaron a cabo los siguientes trabajos en orden de realización: -

Entrenamiento en funcionamiento y operación de las máquinas de granallado.

-

Estudio y análisis de sistema de sujeción existente.

-

Diseño de nuevo sistema.

-

Proceso de fabricación de nuevo sistema.

-

Pruebas, análisis, conclusiones.

-

Pronóstico estadístico de dimensiones finales de los álabes, basándose en las dimensiones de forjas utilizando MiniTAB.

-

Inventario y sistema de ubicación de forjas contenidas en cajas a lo largo de la planta de A.B.U.

-

Actividades misceláneas: elaboración de planos para dispositivos en máquinas de medición por coordenadas (C.M.M.), planificación para los insumos consumibles de la empresa, revisión y elaboración de planos de piezas en el taller de mecanizado.

3 Objetivos generales 1.- Diseñar y construir un sistema de sujeción para los álabes a ser utilizado en la máquina de granallado a la raíz, cumpliendo con las especificaciones requeridas por la empresa. 2.- Contribuir en procesos de organización dentro de la empresa, aportando ideas al departamento de análisis de operaciones en relación de posibles mejoras en manejo de recursos y personal. Objetivos específicos 1.- Diseñar un sistema de sujeción para los álabes en la máquina de granallado para la raíz, que evite el desecho de piezas por penetración del chorro de esferas de acero a alta velocidad sobre el área donde se encuentra del serial de la pieza. 2.- Diseñar un sistema de sujeción para los álabes en la máquina de granallado para la raíz, que sea de uso sencillo y no altere el proceso significativamente. 3.- Diseñar un sistema de sujeción para los álabes en la máquina de granallado para la raíz, que sea de bajo costo. 4.- Aportar ideas para el uso de un mecanismo de liberación rápida del sistema de sujeción con la finalidad de disminuir el tiempo empleado por el operario en cambiar las piezas. 5.- Empaparse de los principios básicos de funcionamiento de las máquinas de medición por coordenadas y estar en la capacidad de inspeccionar un lote de forjas en ese departamento. 6.- Empaparse de los conocimientos necesarios tanto teóricos como computacionales para realizar procesos de análisis y predicción estadística de la factibilidad de uso en producción de un lote de forjas. 7.- Estar en la capacidad de tomar decisiones en cuanto aprobar o rechazar un lote de forjas al proceso de fabricación. 8.- Elaborar un plan de inventario de las piezas que se encuentran en A.B.U.

CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA HEICO Aerospace Corporation es una empresa dedicada a la fabricación de una diversa gama de partes y piezas para la industria aeronáutica, supliendo principalmente a las grandes aerolíneas Americanas. Dentro de sus servicios ofrece también la reparación de componentes y mantenimiento predictivo-correctivo de las aeronaves. [1] 1.1

Ubicación HEICO Aerospace Corporation, tiene establecimientos comerciales en varios puntos

de la geografía Americana, estando su base principal ubicada en el sur-este del estado de Florida, en la ciudad de Hollywood, USA., ubicación que es presentada en la Figura 1.

Figura 1. Ubicación de la Planta Heico Aerospace Corporation

5 1.2

Datos generales de la empresa

•

Sector Económico: Aeronáutico.

•

Actividad Económica: Fabricación de partes y piezas para aviones comerciales.

•

Producto que elabora: Componentes de motor, fuselaje, componentes electrónicos, dispositivos hidráulicos, dispositivos neumáticos, tren de aterrizaje, entre otros.

1.3

Descripción de la empresa HEICO Corporation es una compañía dedicada a la tecnología en aviación, defensa y

electrónica (enfocadas en aviación), la cual ha estado en constante crecimiento a lo largo de los 40 años desde su fundación. HEICO Aerospace es la empresa líder en alternativas económicas para las aerolíneas y talleres de reparación de aeronaves a nivel mundial. Combinando la distribución de partes y piezas nuevas y la reparación de partes y piezas con capacidad de intercambio, HEICO ofrece a sus clientes soluciones de alto nivel a un costo bajo en comparación con industrias semejantes en el mercado. [1] La empresa es conocida mundialmente como pionera y líder en el diseño construcción de partes y piezas aprobadas por la F.A.A. (no originales) para uso en aeronaves comerciales. Se ha formado una estrecha relación con las aerolíneas más grandes del mundo, ofreciendo también el servicio de reparación y mantenimiento para los aviones. Los productos de HEICO se encuentran en la mayoría de los aviones comerciales de las principales aerolíneas del mundo. [1] HEICO Corporation se encuentra dividida en dos áreas fundamentales: Tecnologías Electrónicas y el Grupo de Soporte de Vuelo. A su vez, el grupo de soporte de vuelo se divide en tres subgrupos: fabricación de partes y piezas, reparación de componentes, distribución. [1] La división de Electrónica es parte fundamental de la organización. Muchos de los productos son utilizados en defensa, equipos médicos, la guardia nacional de USA, computadoras, telecomunicaciones, satélites y otros equipos industriales. [1]

6 Grupo de partes y piezas nuevas de HEICO: es el suplidor más grande a nivel mundial de partes y componentes de motores de aviones aprobados por la FAA. La gama de productos abarca más de 4000 P.M.A. (product manufacturing approval (aprobación de producción de producto)) y se agregan cientos de piezas nuevas cada año. Las piezas abarcan desde productos desechables en las aeronaves hasta complejas partes como perfiles aerodinámicos a álabes de turbinas. Se venden más de 2.7 millones de partes cada año a las aerolíneas más importantes del mundo. [1] Grupo de reparación de componentes de HEICO: ofrece reparación extensiva de productos a las aeronaves comerciales en el área de: controles de vuelo, componentes electromecánicos, componentes neumáticos, componentes hidráulicos, piezas del sistema de suministro de combustible, piezas de materiales compuestos, sub-ensamblajes de tren de aterrizaje, sistemas de frenos, entre otros. [1] Grupo de distribución de HEICO: es el distribuidor líder para las aerolíneas en componentes hidráulicos, neumáticos, mecánicos, electro-mecánicos, entre otros. Este grupo también se encarga del diseño y construcción de sellos y elementos de ajuste para los motores de aerolíneas comerciales. También lleva control y stock de piezas no producidas por HEICO que son necesarias a la hora de reparaciones, ofreciéndoles a los clientes una solución completa en manos del grupo de reparaciones sin necesidad de acudir a terceros. [1] Uno de los departamentos líder de HEICO, lo constituye la división de piezas de motor, gracias al desarrollo en tecnologías de fabricación y producción en serie. En la gama de motores que existen en la aviación comercial, la empresa se enfoca en hacer partes y piezas para un grupo de modelos, estos son: CFM56, CF6, PW2000, PW4000, V2500, JT8D y JT9D. Los componentes con más demanda fabricados por HEICO son: - Rodamientos - Álabes - Cámaras de combustión - Engranajes - Láminas aislantes de calor - Anillos

7 - Sellos - Espaciadores En la empresa se está invirtiendo constantemente en la actualización en tecnologías de mecanizado, siendo pioneros en procesos y utilizando la maquinaria más moderna del mercado. Para la producción de la amplia variedad de productos, se utiliza la siguiente tecnología: centros de mecanizado CNC de torneado y fresado, corte por láser en modalidad de multi-ejes, máquinas de electroerosión, tanto de hilo como de penetración, mecanizado electro-químico, soldadura y doblado de metal en formas complejas. [1] Para satisfacción de los clientes y exigencias de la FAA, se mantiene un riguroso control de calidad, haciendo uso de las últimas tecnologías en inspección: centros de medición por coordenadas (CMM (control measuring machine)), comparadores ópticos-digitales y comparadores ópticos, mediciones electrónicas de dimensiones. [1] La empresa está certificada en NADCAP, ISO9001:2000 / AS9100 y otras certificaciones del gobierno americano. El presento trabajo se realizó en una subdivisión del departamento de producción de partes y piezas, que se encarga de fabricar los álabes de turbinas para los diferentes modelos de motores comerciales. 1.4

Misión “Estamos comprometidos en brindarle innovación y flexibilidad en el diseño,

experiencia en Ingeniería, y un atento departamento de atención al cliente que le proveerá el producto correcto y entregado a tiempo. Queremos repetir negocios con usted”. 1.5

Visión “Estamos comprometidos y enfocados en convertirnos en los suplidores líderes de

productos aeronáuticos del mercado. Con este fin, le brindaremos constantemente innovación, calidad de servicio y soluciones”.

8 1.6

Valores “Estamos comprometidos con la excelencia en los productos”. “Estamos comprometidos en expandir nuestras instalaciones donde y cuando sea

necesario. Estamos actualizando constantemente nuestra maquinaria y métodos de trabajo para brindarle el mejor servicio”. “Estamos comprometidos con la excelencia en el servicio. Nuestro personal sigue un lineamiento rígido en cuanto a la educación constante en servicio y atención al cliente para atenderle lo mejor posible. Queremos que sus llamadas sean atendidas por una persona, no una máquina, alguien entrenado que pueda responder sus preguntas”. 1.7

Descripción del proceso de fabricación de álabes 1.7.1

Recepción y almacenamiento de forjas

Las forjas utilizadas como material base por HEICO-ABU para fabricar los álabes, son producidas por una empresa en Alemania. Estas son traídas a la compañía por lotes, cada uno de los cuales contiene entre 50 y 500 unidades de un tipo de álabe. Los modelos de álabes que actualmente se producen en la empresa pertenecen a tres diferentes familias: JA, JAK y JAP. En total se producen 21 modelos, los cuales se listan en la Tabla 1.

9 Tabla 1. Modelos de álabes fabricados por HEICO

Modelos JA

Modelos JAP

Modelos JAK

JA809808

JAP103

JAK090

JA809809

JAP104

JAK190

JA810107

JAP105

JAK289

JAP106

JAK388

JAP107

JAK488

JAP108

JAK615

JAP109

JAK715

JAP142

JAK818

JAP191

JAK919

Una vez que llegan los lotes de piezas, se almacenan todos los cajones de madera en un área denominada: “Recepción de Material Entrante”, se escoge aleatoriamente una de las cajas contenidas en el lote para hacerle la inspección de entrada y se le asigna un número de lote para uso interno, el cual va a conservar hasta el final del proceso. Seguidamente, se anexa a la caja, donde van las piezas a ser inspeccionadas, todos los papeles a ser sellados y firmados por los inspectores en cada etapa de la revisión. Esta inspección se le realiza a una muestra del 10% de las unidades del lote. Mientras se realiza la inspección a la muestra del lote, las cajas restantes son sacadas de los baúles de madera y almacenadas en un área denominada: “Inspección”. Las cajas permanecen allí hasta que el lote sea revisado totalmente; dependiendo del resultado de la inspección, el lote se traslada el área de STOCK (almacenaje) o al de RTV (return to vendor (devolver al vendedor)). En la Figura 2 se presenta una fotografía de las cajas que contienen

10 las forjas en el área de STOCK y en la Figura 3 se muestra la forja correspondiente al modelo de álabe JAP104

Figura 2 Forjas en cajas

Figura 3 Forja modelo A2JAP104

11 1.7.2

Inspección de forjas.

La inspección de las piezas se divide en 3 etapas. a) Visual y Superficie: La inspección visual es la primera a la que se somete la totalidad de la muestra. Consiste en revisar con un lente de diez veces de aumento todas las piezas, para detectar posibles irregularidades en la superficie del material. Se buscan poros y grietas generalmente. En la Figura 4 se muestra la estación de Inspección Visual

Figura 4 Inspección visual

b) CMM: Todas las piezas contenidas en la muestra son revisadas por la máquina de CMM (coordinate measuring machine (máquina de medición por coordenadas)), mostrada en la Figura 5. En esta inspección se chequea que las piezas satisfagan las especificaciones geométricas suministradas al proveedor en Alemania. La máquina tiene la capacidad de moverse en los 3 ejes de coordenadas (por separado y utilizando la combinación de 2 o 3 ejes a la vez), y tomar mediciones con una precisión de 0.001 pulgadas. Las mediciones son realizadas automáticamente por la máquina siguiendo una ruta determinada en el código específico asignado a esa pieza. Solo

12 es necesario darle la ubicación idónea a la pieza en la máquina, lo que se realiza por medio de un procedimiento de alineamiento manual.

Figura 5 CMM

En este proceso se revisan todas las secciones del perfil aerodinámico, la unión del perfil con la base o raíz del álabe (fillets), la curva que tiene la plataforma donde va montado el perfil aerodinámico y la raíz como tal. En la Figura 6, se presenta una pieza en proceso de inspección por la máquina CMM.

Figura 6 Pieza siendo inspeccionada en el CMM

13 Al momento de hacerse la inspección en CMM, se le asigna un número a cada pieza dentro del lote. Estos números son consecutivos y se hacen visibles al escribirlos en la esquina superior izquierda del perfil con marcador de tinta indeleble. Toda la información recopilada por las mediciones, es procesada por el mismo programa, el cual genera un archivo de reporte para cada pieza. En este reporte se puede ver el rango donde deberían estar las mediciones de cada variable y la ubicación específica de la medición tomada en esa pieza. c) Laboratorio de metalografía: En el laboratorio de metalografía se escoge una pieza aleatoriamente para hacerle 2 (dos) ensayos. Se hace un corte transversal en la sección intermedia del perfil y otro corte transversal en el medio de la raíz de la misma pieza. Estas secciones son revisadas metalográficamente para detectar irregularidades en el material y la composición química de las mismas. En caso de no aparecer ninguna grieta, las piezas son liberadas y siguen en el proceso. Si por el contrario, hay irregularidades en esta primera revisión, se someten todas las piezas a una revisión con rayos X. 1.7.3

Análisis estadístico predictivo de las dimensiones finales.

Previa aceptación en las inspecciones anteriores, los datos obtenidos para la muestra, son utilizados para el análisis predictivo de las dimensiones finales en las piezas. Se tienen tabulados los valores experimentales de cambio en las dimensiones una vez que las piezas van pasando a lo largo de cada etapa en el proceso. Estos datos son ingresados en unos códigos o macros elaborados para cada tipo de pieza, donde se consideran las dimensiones promedio que deberían tener las piezas al ser recibidas de Alemania, al finalizar el proceso y las dimensiones reales de cada pieza.

14 La finalidad del análisis predictivo, es conocer las dimensiones promedio del lote de piezas en estado final, para verificar si se encuentran dentro de la banda de tolerancia establecida para las características críticas y reguladas por la FAA de las piezas. El proceso de mecanizado de las piezas es muy costoso, por ello la necesidad de asegurar en la medida de lo posible la aceptación en la inspección final de todas o la mayoría de las piezas en cada lote. Una vez que se realizan las mediciones de CMM, la data es manipulada para poder ser usada por el paquete estadístico MiniTAB y procesarla utilizando los códigos o macros que contienen las simulaciones de todos los procesos. Una vez compilada la información, se tiene la base para tomar la decisión de liberar el lote a producción o no. Las piezas que no son aprobadas en esta inspección, son retiradas del lote inmediatamente. En muchos casos se obtienen mediciones dudosas o posibles fallas del CMM por mala calibración o sucio acumulado en las correderas. Cuando se detectan estas anomalías, se procede a la re-inspección parcial o total del lote. El análisis estadístico es el fundamento para decidir si un lote de piezas es aceptable o no para someterlo al proceso de mecanizado - producción. Al finalizar el estudio se genera un reporte que contiene las gráficas y valores encontrados para ese lote. 1.7.4

Revisión de documentos y asignación de número de orden.

Una vez que culminan satisfactoriamente las etapas de inspección y análisis estadístico, se agrupan todos los papeles que contiene información del lote y se asigna un número de orden. El número de lote utilizado hasta esta etapa deja de ser importante; de ahora en adelante todo lo relacionado a las piezas se ubica por el número de orden. La nueva orden de mecanizado de las piezas viene con grupo de papeles denominado Router o Tracker (Figura 7); éste contiene todos los pasos a los cuales debe ser sometido el lote hasta llegar a la etapa final. Al finalizar cada etapa, el inspector respectivo debe firmar y sellar la aprobación en ese proceso para poder continuar al siguiente.

15

Figura 7 “Router”

1.7.5

Encapsulado.

El encapsulado se realiza para crear una base en forma de paralelepípedo alrededor del perfil aerodinámico, con la finalidad de tener un agarre a la pieza en los siguientes pasos de mecanizado. Por la geometría de las piezas, no hay sitio por donde sujetarlas a la hora de mecanizar. El encapsulado consiste en verter un material especial, llamado “cerrotru”, en un molde particular para cada tipo de pieza, con la finalidad de crear una base alrededor del perfil una vez que se solidifique nuevamente el material. El “cerrotru” viene en estado sólido (Figura 8.a) y a través del calentamiento en un horno especial es derretido hasta alcanzarse el estado líquido necesario para su vertimiento sobre el molde.

(b) “Cerrotru” líquido

(a) “Cerrotru” sólido Figura 8 “Cerrotru”

16 El encapsulado es un paso clave en el proceso, el cual requiere de mucho tacto y capacidad de repetitividad por parte del operador. Es uno de los pocos procesos que depende de las habilidades manuales de una persona. La pieza es montada en unas guías que contiene el molde (cuando se ha efectuado correctamente la montura, se encienden unas luces en el tablero), luego, el material en estado líquido es vertido por el canal de entrada al molde y se espera alrededor de tres minutos para su solidificación y posterior remoción del molde. Una vez removido del molde, el perfil aerodinámico esta encapsulado dentro del paralelepípedo de “cerrotru”, y se tiene una base rígida donde sujetar las piezas a la hora de mecanizar la raíz en los pasos siguientes del proceso. En la Figura 9.a se muestra una estación de encapsulado y en la Figura 9.b se presentan como lucen las piezas una vez encapsuladas.

(a) Estacion de encapsulado

(b) Piezas encapsuladas Figura 9 Encapsulado

Por las cualidades mecánicas de este material, las piezas pueden ser sujetadas con suficiente fuerza en las prensas de los centros de mecanizado de una forma sencilla y confiable. Este material es bastante frágil; una vez que se requiere su remoción, basta con darle un golpe seco con un martillo para que el mismo se fracture y quiebre en pequeños pedazos. Este no queda adherido a la pieza y no altera su geometría. Se puede encapsular una pieza tantas veces como sea necesario.

17 Al igual que en muchos de los procesos, para poder encapsular todas las piezas contenidas en la orden, es necesario obtener la aprobación de inspección a la primera pieza. Esto consiste en que el inspector del departamento revise detalladamente la primera pieza que el operador considere aceptable. Una vez aprobada la primera pieza, el operador puede repetir la operación en el resto de las piezas. 1.7.6

Desbaste a la raíz en centros de mecanizado.

Una vez encapsuladas las piezas, se tiene una base firme para sujetar las piezas en los procesos de mecanizado. La primera operación que se realiza es el desbaste a la raíz de los álabes, la cual se realiza en una máquina como la mostrada en la Figura 10.a. Esta operación consiste en mecanizar la parte inferior de las piezas desde su forma original hasta obtener una sección transversal cuadrada en la raíz, tal como se puede observar en la Figura 10.b.

(a) Operación de desbaste

(b) Pieza desbastada

Figura 10 Desbaste de raíz

Para la remoción de material en esta operación se utilizan insertos de carburo atornillados a una fresadora de dos pulgadas de diámetro. Los insertos se usan por dos de sus lados y duran para alrededor de ocho piezas por lado.

18 La herramienta de corte sigue un patrón cuadrado alrededor de la pieza, haciéndose cada vez cuadrados más pequeños desde la región exterior hasta el centro de la pieza. El desbaste se realiza como una operación adicional al mecanizado final de la raíz por varias razones: disminuir los tiempos de ciclo en las rectificadoras-centros de mecanizado, prolongar la vida de los discos de corte en las rectificadoras, simplificar los códigos de programación y aprovechamiento de las máquinas fresadoras de tres ejes ya existentes. 1.7.7

Mecanizado final de la raíz en rectificadoras CNC de 5 ejes.

Es el último procedimiento de mecanizado al que se somete a las piezas. Éstas son sujetadas por la base de encapsulado al igual que en la operación anterior y se fija en una base, que junto a los movimientos de la máquina, le permite 5 grados de libertad o ejes de mecanizado (los tres desplazamientos y dos rotaciones en los ejes contenidos en un plano paralelo a la bancada de la máquina). La operación consiste en dar el acabado final utilizando discos de corte en vez de herramientas convencionales. Este procedimiento es bastante particular y propio de la empresa, ya que en ningún otro lugar utilizan las máquinas rectificadoras CNC para mecanizar los álabes de turbinas. La máquina CNC rectificadora con que cuenta la compañía se muestra en la Figura 11.a. Un aspecto importante a considerar seria la dificultad de la programación para llevar a cabo la operación. En este caso no se utiliza el código común sino que se le adiciona el uso de macros o subprogramas para poder calcular las interpolaciones en el programa. Los tiempos de ciclo en esta operación varían desde 25 hasta 75 minutos. Al igual que en las operaciones anteriores, es necesario obtener la aprobación de primera pieza por parte del inspector de sección para poder correr la producción. El proceso de maquinado con rectificadoras es quizás uno de los procesos mas complejos que se realizan en la empresa, requiere de mucha precisión en los pasos anteriores para poder obtener piezas dentro de la banda de tolerancias.

19

(a) Rectificadora CNC

(b) Lote de piezas desbastadas

(c) Comparación de piezas

(d) Después de rectificadora CNC

Figura 11 Rectificado CNC

En la Figura 11.b, se observan las piezas antes de ser procesadas en la rectificadora, con el desbaste originado en la operación anterior. En la Figura 11.c, se muestra la comparación de un modelo de álabe en su condición original de forja y una vez que ha sido rectificado en la raíz y desencapsulado. En la Figura 11.d, se muestra en detalle la raíz de la pieza una vez que ha sido rectificada.

20 1.7.8 Impresión de serial y número de parte. Una vez que se saca la pieza de la máquina rectificadora, se procede a enumerarla según una secuencia ya establecida. Cada pieza tiene un número de serie y este va asociado a la orden a la cual pertenece y al lote de forja de donde proviene. Adicionalmente se le graba el número de parte o tipo de pieza. 1.7.9 Desencapsulado. Después del marcado de la pieza, se procede el desencapsulado. Este procedimiento consiste en golpear la parte encapsulada de la pieza con un martillo, mediante un golpe seco con la finalidad de romper el recubrimiento y volver a la pieza original, ahora con la raíz mecanizada. Es un procedimiento que requiere de mucho cuidado y capacidad de repetitividad por parte del operador. A continuación, en la Figura 12 Desencapsulado

Figura 12 Desencapsulado

21 1.7.10 Remoción de virutas. Una vez que las piezas han sido desencapsuladas y enumeradas, son llevadas al departamento de remoción de viruta y limpieza.

Esta operación consiste en limpiar

cuidadosamente todas las áreas y bordes de la pieza, garantizando que las pequeñas partículas restantes del material que quedan en la superficie, luego de los procesos de mecanizado, sean removidas. Se examina cada pieza individualmente con lentes de 20X de aumento. En esta operación se utilizan esmeril de banco con disco de cepillo, lijas y limas delgadas. 1.7.11 Inspección intermedia (todas las piezas). Cada orden de piezas que logra llegar a esta estación es revisado una vez más en las máquinas de CMM. Se verifican todas las dimensiones críticas de la raíz y las secciones del perfil aerodinámico. Las tolerancias utilizadas en esta inspección son las de “in process” (en proceso), ya que las mismas serán modificadas en operaciones posteriores como granallado y media. 1.7.12 Granallado o Shot Peening al perfil aerodinámico. El proceso de granallado o peening se hace con la finalidad de aliviar esfuerzos y prevenir fallas a fatiga de las piezas. Para el tratado del perfil aerodinámico, se introducen las piezas en unas bases que sujetan y a la vez cubren la raíz de la pieza, dejando expuesto el perfil que es precisamente lo que se quiere rociar con las esferas de acero a alta velocidad. Se pueden rociar hasta 2 piezas por ciclo con la opción de dejar 2 piezas listas para ser tratadas una vez que éstas terminen.

22 Este procedimiento también fue introducido en el mercado de los álabes por HEICO. Actualmente, muchas de las empresas de la competencia lo han agregado a su secuencia de manufactura. Todas las piezas que se hacen en HEICO deben pasar por este proceso. Las máquinas en la que se lleva a cabo el proceso, las cuales son mostradas en la Figura 13, son de las más importantes junto con la de granallado a la raíz.

Figura 13 Máquinas de granallado

1.7.13 Granallado o Shot Peening a la raíz Este procedimiento es posterior al del granallado del perfil y se hace con una máquina igual a la anterior pero con los “fixtures” (sistemas de sujeción del álabe) adaptados para sujetar la pieza por el perfil y dejar expuesta la raíz. La máquina, con tales características, es expuesta en la Figura 14.

23

Figura 14 Estación de granallado a la raíz

Es importante cubrir los números y letras grabados en la raíz de la pieza ya que éstos podrían ser borrados o parcialmente borrados al estar en contacto directo con las esferas a alta velocidad. Para ello se utilizan los “part mark masks”, que son piezas mecanizadas de un plástico resistente; existe un tipo de botín especial para cada pieza de acuerdo a sus dimensiones. Estos botines deben guardar una distancia desde su borde hasta el borde de la pieza de 0.020 pulgadas en cada uno de sus lados. 1.7.14 Tumbler o Media. Es uno de los procedimientos de tratamiento de las piezas que también ha sido introducido al mercado de los álabes por HEICO. El objetivo, al igual que para el granallado es aliviar esfuerzos y prevenir fallas. El proceso consiste en introducir las piezas en un recipiente que está conectado a un motor vibrador y a unos resortes o espirales en la base, que es mostrado en la Figura 15. Las piezas se introducen junto con un conjunto de piedras pequeñas que tienen un radio específico en cada esquina. Este recipiente se pone a vibrar con varias piezas adentro y las piedras van encajando en todos los bordes o esquinas de los álabes, permitiendo así el contacto de los radios de las piedras con el de las piezas. De esta forma, resulta un proceso de tratamiento superficial económico y muy útil.

24

Figura 15 Tumbler

1.7.15 Inspección final (todas las piezas). Una vez que las piezas han pasado por todos los procesos donde sus dimensiones pueden ser alteradas, son llevadas por última vez al departamento de CMM donde se le realiza la última inspección. En esta oportunidad se utilizan las dimensiones finales de las piezas como parámetros de inspección. Al igual que en las inspecciones anteriores, se imprime un reporte de la inspección donde se puede ver en qué punto del rango de cada dimensión considerada está cada pieza. También se incluye un resumen de las piezas no aceptadas y se especifica la dimensión que no se encuentra dentro del rango de aceptación.

CAPITULO 2 DISEÑO DE “FIXTURE” PARA MÁQUINA DE GRANALLADO 2.1

Fundamentos teóricos El shot peening es una tecnología establecida que está diseñada principalmente para

mejorar la resistencia a la fatiga de componentes sujetos a fuertes esfuerzos alternantes. El shot peening utilizando ruedas de granalla ofrece un gran nivel de flexibilidad y fiabilidad del proceso, especialmente para series grandes y para piezas de gran tamaño, como engranajes, levas, árboles de levas, resortes de embrague, resortes espirales, bielas, cigüeñales, ruedas dentadas, resortes de hoja y de suspensión, barrenas de roca, álabes de turbina, etc. [2] A pesar de que todavía en la actualidad se realiza el shot peening por cargas, la fiabilidad del proceso se está convirtiendo en un requisito más y más importante: cada pieza debe someterse a un tratamiento definido. La intensidad del chorro de granalla debe controlarse mediante la determinación de los valores Almen de intensidad y cobertura. [2] El Shotpeening es un proceso importante y a menudo vital en la industria aeroespacial. Es un proceso muy antiguo que anteriormente se llevaba a cabo mediante el golpeteo de la superficie de una pieza con un "martillo de bola" para inducir tensión compresiva que estabilizaba e incrementaba la vida útil. [3] Los elementos del sector automovilístico (ej. caja de cambios) suelen someterse a este proceso para inducir la tensión compresiva, lo que reduce el riesgo de fracturas por fatiga durante su operación. [3] Los requerimientos técnicos de todos los sectores industriales, especialmente de las industrias aeroespaciales y automovilísticas son cada vez más completos particularmente en lo que se refiere al shotpeening. [3] La vida útil de muchos elementos tales como componentes de cajas de cambios, ejes de cigüeñal, accionadores, palas de turbinas y otros componentes en general aumenta con precisa adherencia a todos los parámetros de chorreado, tales como ángulo de impacto, ángulo de chorreado y presión de chorreado (por chorro de aire comprimido). El flujo del granallado se controla tanto de forma magnética como por balanzas dependiendo de si se usa una granalla

26 metálica o no metálica; la clasificación de granallas que la clasifica por forma y tamaño es un punto importante en el shotpeening o en el shotpeening por compresión. [2] 2.1.1

Abrasivos para shot peening

Con la única limitación de la conformación exterior (esférica) los abrasivos más utilizados son los siguientes: Granalla de acero fundida, esférica, de acero al carbono o inoxidable: es el abrasivo ampliamente utilizado, pues mediante el adecuado tratamiento térmico impuesto a las granallas durante el proceso de fabricación combinan un buen valor de dureza con aceptable capacidad de rotura siendo el costo menor al de granalla de alambre. Los tamaños, tamizados según sus distintas granulometrías y clasificados según un número característico se encuentran normalizados según SAE en el Standard SAE J444. [2] Granalla de alambre redondeado: Es el abrasivo que mas aceptación está teniendo actualmente en el mundo, debido a que tiene una excelente dureza con muy bajo nivel de rotura lo que implica un relativo bajo consumo de abrasivo y sobre todo manteniendo un nivel de granulometría constante en un porcentaje elevado de partículas. Los tamaños, según sus distintas granulometrías y clasificados según un número característico se encuentran normalizados según SAE en el Standard SAE J441. [2] Granalla de fundición de hierro esférico y nodular: comprende a las granallas de fundición gris, blanca y maleable. Se utilizan en aquellos casos donde se requiere efectuar un trabajo de shot peening de bajo costo inicial. Esto se debe al bajo costo relativo de estas granallas, a pesar de tener una vida útil muy inferior a las de acero debido a su mayor fragilidad. En el caso del shot peening la rotura del abrasivo adquiere una gran importancia ya que es imprescindible que el impacto sobre la superficie lo realice una partícula esférica los que se torna difícil de controlar utilizando un abrasivo con lata de velocidad de fractura. En cuanto a las granallas de fundición nodular se utilizan en escala muy limitada pues debido a su baja dureza las intensidades logradas son pobres y además dejan residuos de grafito en las piezas granalladas. [2]

27 Micro-esferas de vidrio (glass bead) o cerámica: se utilizan para el conformado de chapas delgadas, siendo de valores bajos las intensidades logradas. Ideal para hacer shot peening en chapas de acero inoxidable o materiales que no ferrosos que no puedan ser contaminados con abrasivos de acero al carbono. [2] 2.1.2

Variables del proceso

Las variables más importantes en el proceso del Shot peening son las siguientes: - Tamaño de la granalla - Dureza de la granalla - Velocidad adquirida - Intensidad del proceso - Densidad de impactos en la superficie (Factor de cobertura) - Ángulo y distancia de proyección - Porcentaje de rotura del abrasivo La efectividad y calidad el Shot peening dependen del eficiente control de cada una de las variables mencionadas. - Tamaño de la granalla: el factor incide en la energía cinética adquirida, que se transformará en energía de deformación (elástica y plástica) en el instante del impacto. Mientras la velocidad y el tiempo de exposición se mantengan constantes, todo incremento del tamaño de la partícula implica un incremento en la intensidad del proceso y una menor densidad de impactos. Siempre se selecciona el menor tamaño de partícula esférica que produzca la intensidad deseada, logrando de esa forma la mayor rapidez del proceso y la mejor cobertura o densidad de impactos en la superficie. Además en la elección del tamaño debe influir la configuración de la pieza a tratar, teniendo en cuenta los menores radios de curvatura de forma tal que los diámetros de la partícula sean dimensionalmente compatibles con los mismos. [3] - Dureza de la partícula: siempre que la dureza de la partícula sea mayor que la superficie, ésta no influye en la intensidad del proceso. Sin embargo, se debe seleccionar una

28 partícula cuya dureza sea sólo algo superior, debido a que si es extremadamente dura será frágil y tendrá un porcentaje de roturas alto. Si en cambio la dureza de la partícula es inferior a la de la superficie. Cuanto más blanda sea, menor será la intensidad lograda. [3] - Velocidad de la partícula: desde el punto de vista energético, al aumentar la velocidad de la partícula, aumenta su energía cinética y por lo tanto aumentará con ella la intensidad del shot peening. Prácticamente ese incremento de velocidad produce además, un mayor porcentaje de fracturas de partículas lo que impide el crecimiento teórico de la intensidad. [3] - Intensidad del proceso: la intensidad del shot peening se mide mediante un ensayo normalizado en base a la curvatura experimentada por una lámina sometida al impacto del flujo de partículas esféricas. Se denomina ensayo Almen y se explícita en la sección “Ensayo Almen”. Al someter una cara de una chapa relativamente delgada al flujo de partículas esféricas, se produce, como ya se mencionó, un efecto de martillado sobre la superficie con el consiguiente ensanchamiento por compresión de los granos metalográficos de dicha superficie. Ese ensanchamiento provoca un aumento del área de la superficie granallada quedando la cara opuesta con el área original, produciendo por ese motivo, la curvatura de la chapa que será función de la intensidad del granallado aplicado. Por ello, la intensidad del shot peening se mide en base a la altura del arco experimentado por la lámina granallada en condiciones normalizadas. Suponiendo una densidad máxima de impactos (saturación), la intensidad dependerá de la velocidad, tamaño y dureza de la partícula esférica proyectada y del ángulo y distancia de proyección de la misma. La menor intensidad capaz de producir los efectos deseados es la más eficiente y la de menor costo. Ello se debe a que se trabaja con la partícula de menor tamaño, realizando el proceso en el menor tiempo de exposición. Otro factor importante es el espesor de la zona que adquiere las tensiones de compresión luego del shot peening. Ese espesor o profundidad de ataque dependerá de la intensidad del proceso y de la dureza del material tratado. [3] Medición de intensidad – Ensayo Almen: El ensayo Almen es el método normalizado según el estándar SAEJ442a, para la medición de la intensidad del Shot peening.

29 El efecto que se utiliza para la medición es la curvatura producida en una lámina delgada sometida al flujo de partículas esféricas bajo condiciones normalizadas. [3] Equipo de ensayo y medición: El ensayo se mide en base a tres rangos de intensidades: N, A y C para cada una de ellas difiere el espesor de la probeta de medición, según sea el rango de intensidad a medir. Y por último el instrumento de medición que consta de un reloj comparador, graduado en milésimas de pulgada (o 0.025 mm) con una base perpendicular a la barra de medición con cuatro bolillas de apoyo formando un plano en el cual apoyará la probeta a medir. Dicha probeta se curva durante el proceso del shot peening y se mide la altura de la combinación de curvatura longitudinal y transversal sobre la cara no granallada. La medición se indica mediante el número Almen indicado en el comparador y la letra de la probeta correspondiente. Así 13A indica que el ensayo Almen A, la intensidad obtenida es 13. En la práctica se recomiendan los siguientes rangos de utilización. [3] Para efectuar la medición se procede de la siguiente forma:[3] 1- Exponer la superficie x de la probeta al flujo de partículas en las condiciones normales de trabajo. Medir el tiempo de exposición. 2- Sacar la probeta de la base y medir, mediante el comparador Almen la altura de la curvatura, previa puesta a cero del instrumento. 3- Utilizando distintos tiempos de exposición, repetir los puntos 1 y 2 para determinar una curva. 4- El punto ideal de saturación aceptado en la industria es identificado cuando usando el doble de tiempo de exposición el incremento en la altura del arco no supera el 10%. 2.2

Utilización en HEICO – ABU. En A.B.U., la técnica de shot peening es utilizada en todos los modelos de álabes que se

producen. Hay dos máquinas de peening en el área de trabajo, una destinada a hacerle tratamiento al airfoil o perfil aerodinámico del álabe y otra destinada al root o raíz del álabe. Cada máquina está preparada para su operación y no son intercambiables los procesos, aun cuando originalmente se trataba del mismo equipo; cada una fue modificada según los

30 requerimientos y necesidades para llevar a cabo el determinado proceso. Dichas máquinas fueron presentadas en la Figura 13 y Figura 14. Las máquinas provienen de I.P.S. (innovative peening systems), empresa ubicada en NORCROSS, GEORGIA, USA y dedicada al diseño y construcción de maquinaria de shot peening, cabinas para hacer procesos abrasivos manuales, máquinas de limpieza a partes industriales, entre otros. Una vez que los álabes han pasado todos los procesos de mecanizado a lo largo de la cadena, son llevados a inspección en el área de CMM. Nuevamente se hace un control de esta revisión y se descartan las piezas que no están dentro de la tolerancia a ese nivel (in process). Las piezas que aprueban esta inspección son llevadas al departamento de shot peening, donde se les aplica el procedimiento tanto a la raíz como al perfil. 2.3

Entrenamiento en funcionamiento y operación de Peening Machines. Con la finalidad de hacer futuras pruebas en el dispositivo de sujeción, se organizó un

entrenamiento en funcionamiento y operación de la máquina de granallado a la raíz de los álabes. El entrenamiento incluía los procedimientos de encendido, apagado y operación en ciclo normal de la máquina. La máquina IPS, presenta una rueda (magazine o indexador), donde están las bases para colocar las piezas. Esta rueda tiene 4 estaciones, con la idea de utilizar 2 en el ciclo de operación y dejar 2 libres para cargar dos piezas diferentes y estén listas para ser tratadas una vez que finalice el ciclo en curso. En la máquina de granallado para la raíz de los álabes, cada estación consta de 3 pistolas; las cuales tienen ángulos de incidencia sobre la pieza de: 30°, 45° y 90°; con una separación entre 2 y 4 pulgadas de la pieza de trabajo (dependiendo del número de parte o tipo de pieza). Este proyecto en particular se desarrolló en la máquina de granallado a la raíz de los álabes.

31 Un factor a considerar, es que las piezas cuando salen de la máquina rectificadora CNC, son enumeradas con un serial en la base de la raíz y se les coloca el nombre de la pieza. En caso de incidir el chorro de esferas a alta presión sobre este grabado, quedaría dañada la pieza permanentemente. Es por ello que se aplica el PMM (part mark mask (máscara al número de parte) que no es más que una pieza mecanizada de un plástico resistente, que es mostrada en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. y que se encarga de aislar dicho grabado del impacto de las esferas de acero. Tornillo 2

PMM

Fixture

PM

Tornillo 1

Figura 16 Componentes de sistema de sujeción de pieza en máquina de granallado

En la Figura 16, también son detalladas otras partes del sistema de sujeción de la pieza en la máquina de granallado. Existe un tipo de PMM para cada pieza, son hechos a la medida y no son intercambiables. Por normas de la FAA, desde cada borde y hacia el centro de la pieza, debe haber una franja de 0.020 pulgadas de ancho que esté cubierta de granallado. En el área cuadrada interna a estas franjas se debe grabar el número de serial y parte de cada pieza. Este debe ser perfectamente legible sin uso de amplificadores de visión. En caso de haber algún dígito borroso, se procede al inmediato reporte de desecho de la pieza.

32 2.4

Estudio de Fixture existente. Luego de haber aprobado el entrenamiento en operación y mantenimiento de las

máquinas de Peening, se procedió a estudiar el fixture existente. La primera impresión de la pieza, es el excesivo desgaste y deformación que presenta a causa del mismo impacto de las esferas de acero a alta velocidad. Un problema que se presenta con el fixture (conjunto), es que debido al desgaste del part mark mask (se acorta) y debido a la poca exactitud en la dimensión de altura del mismo, no se presiona con suficiente fuerza hacia abajo la pieza y esto provoca que el chorro de alta presión incida sobre el número de parte, ocurriendo lo que precisamente se quiere evitar usando los PMM. De ser así, esto ocasiona el inmediato desecho (Scrap) de la pieza, provocando un desperdicio elevado de recursos. Se puede sintetizar las fallas encontradas en el fixture de la siguiente manera: 1. Poca, o a veces nula, fuerza de presión (empuje) entre el PMM y la pieza. 2. Proceso engorroso de cambio de pieza. 3. Deformación permanente progresiva en el fixture debido al mismo peening. 2.5

Soluciones planteadas al problema. Los Ingenieros de la empresa tenían en papel, varias posibles soluciones a estos

problemas. La idea principal planteada era sujetar de alguna manera la pieza por el airfoil, es decir, desistir del fixture superior. Se estaba evaluando la posibilidad de hacer el marcado de serial posterior al peening y dejar libre la superficie superior. Esta idea fue descartada por varias razones: 1. La numeración de las piezas se hace inmediatamente cuando las piezas salen de las rectificadoras CNC. Cada máquina tiene una estación de enumeración en la mesa de trabajo. El operador, una vez que pone a correr una nueva pieza en la máquina, hace la numeración de la pieza anterior y posteriormente rompe el encapsulado.

33 2. Se consultó a la FAA para hacer el cambio en el orden del proceso (hacer primero el peening y luego el grabado del serial). El organismo se negó ofreciendo la siguiente razón: Desde todos los bordes hacia el centro, tiene que haber al menos 0.020in de cobertura de peening. En el área exenta de cobertura es que se puede marcar el serial. Esto significa que obligatoriamente hay que usar el part mark mask, para obtener el espacio libre en el centro, a su vez, el número de serial no puede estar cubierto por peening para que sea perfectamente legible. La principal característica en contra de las soluciones planteadas por los Ingenieros, era que implicaba un cambio radical en el proceso de sujeción, y a su vez, elevados costos. De igual forma era necesario diseñar alguna solución para usar el PMM de forma segura y repetitiva, es decir, tener la certeza de no desechar piezas a lo largo de la corrida a causa de la entrada del chorro a alta presión entre la pieza y la máscara. Existía entonces la necesidad de diseñar una solución donde no se altere el orden de los pasos en el proceso y asegure la repetitivad exitosa del mismo. La filosofía de diseño planteada para este trabajo fue: “hacer algo sencillo que solucione el problema, cambiando la menor cantidad de pasos durante el proceso y ahorrando la mayor cantidad de dinero” En esa línea de pensamiento, se planteó la siguiente solución: Para atacar el más importante de los problemas (fuerza de empuje entre la máscara del serial y la pieza), se propuso cambiar la forma en la que se utilizaba el tornillo 2 del fixture. En vez de apretar la máscara contra el fixture, se propone utilizar la cabeza del tornillo como elemento de empuje hacia debajo de la máscara, a su vez aplicando fuerza hacia abajo de la pieza contra el PM; al colocarlo en la parte inferior de la pieza. De igual forma, el tornillo va roscado dentro del PMM y la cabeza del tornillo hace las veces de tope en la parte inferior en una ranura del nuevo fixture propuesto. Esta solución a su vez disminuye considerablemente el tiempo de cambio de pieza, ya que solo se enroscan los primeros hilos del tornillo, se mete por debajo de la pieza y se le da

34 vueltas de aflojar al tornillo, alargando la distancia expuesta del mismo y generando fuerza hacia abajo del PMM a la pieza. Para atacar el problema de la deformación del material a causa del impacto de las esferas de acero, se consultó a empresas que se dedicaban a consultoría en el área de Shot Peening. Se decidió contactar a terceros ya que se había intentado varias ideas para solucionar este problema dentro de la empresa, incluyendo el mecanizar la pieza de diferentes materiales, tales como aluminio, plástico y los aceros más duros del mercado tratados térmicamente para aumentar la dureza. No hubo alguna solución satisfactoria al problema. Al igual que con el problema anterior, la solución fue más sencilla de lo esperado. Ambos Ingenieros consultados habían tratado este problema en el pasado. Ambos coincidieron en que era necesario forrar la pieza afectada con cinta adhesiva a base de polietileno (duct tape), conocida en Venezuela como “teipe plomo”. Según los especialistas éste haría rebotar las esferas de material, evitando el contacto con el mismo y su posterior deformación. Las empresas consultadas fueron: •

Superior shot peening.

http://www.superiorshotpeening.com/other-consulting.htm •

AB Deburr

http://www.abdeburr.com/ Una vez resueltos los dos problemas más importantes del conjunto, se invirtió un poco de tiempo en tratar de mejorar el sistema de cambio entre piezas. Realmente el tiempo de cambio de piezas no es un problema relevante pues el tiempo de duración del ciclo de la máquina es bastante mayor al tiempo de montura de las piezas, por lo que el operario generalmente espera sentado después que monta las dos piezas en las estaciones hasta que acabe el ciclo en curso. La idea de mejorar este sistema es para la facilidad de acceso de las piezas. Al bajar considerablemente el tiempo de cambio de piezas, se podría utilizar el resto del tiempo de ciclo para que el operador realice una operación alterna sencilla.

35 En esta línea de pensamientos, se plantearon los siguientes diseños: 1. Liberación rápida de todo el fixture. 2. Liberación rápida de la parte superior del fixture utilizando dos columnas. 3. Rotación rápida la parte superior del fixture. Estas opciones son valores agregados al diseño original, en los 3 se mantuvo el principio de empujar con fuerza hacia abajo el PMM contra la pieza y evitar el deterioro permanente de las piezas. 2.5.1

Liberación rápida de todo el fixture

En este diseño, mostrado en la Figura 17, todo el conjunto superior se libera mediante una palanca. De la base de la pieza va soldada una extensión con un pequeño agujero donde entra el pasador que se acciona con la palanca. El mecanismo consta de un resorte interno que devuelve la palanca una vez que se suelta. Se podrían utilizar las mismas piezas de prueba en versión sencilla, fabricando las extensiones con los agujeros y soldándolos a la base. El mecanismo de liberación rápida se haría mecanizado en acero.

Figura 17 Liberación rápida de todo el fixture

2.5.2

Liberación rápida de la parte superior del fixture utilizando dos columnas

Esta opción, ilustrada en la Figura 18, se basa en un mecanismo de liberación rápida solo de la parte superior donde encaja el tornillo. Las dos columnas a los lados sirven como apoyo. El perfil del centro tiene agujeros en cada extremo y se basa en la idea del mecanismo anterior. Sería necesario halar las dos manillas a la vez para liberar el perfil. De igual manera

36 se cuenta con resortes que devuelven las palancas una vez que se sueltan. Se conserva la ranura inferior en el perfil central como base para el tornillo.

Figura 18 Liberación rápida de la parte superior del fixture utilizando dos columnas

2.5.3

Rotación rápida la parte superior del fixture:

La idea ilustrada en la Figura 19, se basa en rotar solo la parte superior del mecanismo utilizando la palanca de liberación rápida. En este diseño, no es necesario separar las piezas, el brazo pivota y se queda conectado a la parte inferior por medio de un tornillo. Internamente lleva unas bocinas de bronce en el tornillo que une los dos brazos para disminuir el roce.

Figura 19 Rotación rápida de la parte superior del fixture

2.6

Evaluación de las soluciones planteadas Luego de estudiar los diseños anteriores, se llegó a la conclusión de que considerando

la variable tiempo, no se ameritaba utilizar un sistema de rápido desacople del fixture. El

37 tiempo de cada ciclo es de 6.6 min, pero simultáneamente se puede ir montando las siguientes dos piezas. El operador invierte en promedio, menos de 4 min en el cambio de piezas, quedando libre el resto del tiempo, esperando a que finalice el ciclo. La máquina en muy rara ocasión se detiene por esperar a que las nuevas piezas sean montadas. La excepción es cuando hay una máscara dañada, ya sea el PMM o el PM. Por lo anterior se planteó una solución que consistía en una modificación sencilla del fixture original (cambio en el uso del tornillo 2), que era capaz de resolver los problemas identificados, a un bajo costo y un tiempo rápido de implementación. En la Figura 20, se observan las vistas del diseño al que se hace mención, en el que se puede notar que el dispositivo fue modificado solo en el uso del Tornillo 2. Adicionalmente, se forró la pieza con adhesivo a base de polietileno para estudiar la reacción al choque con las esferas de acero.

(a) Vista lateral nuevo diseño

(b) Vista planta nuevo diseño Figura 20 Nuevo diseño de Fixture

38 La pieza fue mecanizada en electroerosión por hilo. Aunque no es el proceso más económico y adecuado para la ocasión, por motivos de recursos (humanos y de maquinaria), se planteó la posibilidad de hacerlo en esta máquina que estaba libre de trabajo. La ranura para el tornillo superior y el tornillo de sujeción a la base, fueron mecanizados posteriormente en el taller de máquinas y herramientas utilizando una fresadora convencional. El dispositivo culminado se muestra en la Figura 21.

Figura 21 Nuevo diseño de fixture, forrado

Una vez mecanizado el nuevo dispositivo (fixture), se hicieron una serie de pruebas, las cuales se basaron en hacer correr varias piezas para registrar las variables de falla más comunes en el dispositivo anterior. La muestra utilizada en las pruebas fue de 500 unidades del modelo de álabes: JA809809, lote conformado por piezas que habían sido descartadas (scrap) en procesos anteriores al granallado, y que constituía una muestra representativa, equivalente a dos días de producción (6% de la producción mensual) y al desecho de piezas que se producía anteriormente a la modificación del fixture, en un lapso de 20 días. 2.7

Part Mark Mask El Part Mark Mask, es una pieza de material plástico, que se mecaniza para cada tipo

de modelo de álabe, dependiendo de las dimensiones del mismo y del part mask (goma donde se mete el perfil aerodinámico). La finalidad del PMM es aislar el número de serial y/o parte

39 del chorro de esferas a alta velocidad. Los PMM no son intercambiables entre las piezas, ni entre piezas de la misma familia; cada una es diferente y requiere de un modelo especial. El PMM, pieza roja, es mostrada en la Figura 22.

Figura 22 PMM

Parte del proyecto fue dimensionar con precisión y mandar a fabricar el PMM para cada tipo de pieza. Este proceso se realizó de la siguiente manera: 1. El área transversal del PMM se obtuvo de los modelos en computadora de las piezas, utilizando el programa de dibujo asistido por computador Pro-Engineer. La norma para estas piezas era estar a 0.020” de cada borde en la raíz del álabe. La idea es asegurarse que el número no va a ser penetrado por el chorro de esferas. 2. Con un vernier de altura, se obtuvo la dimensión de altura para cada PMM. Se hizo un procedimiento experimental para medir la altura de cada PM: se volteaba el PM y se medía desde la referencia cero (en una mesa de granito para mediciones) hasta el borde donde apoyaba en el montaje de la máquina. 3. Este proceso se realizó para todos y cada uno de los modelos, tanto la parte computacional de obtener el área transversal como la parte experimental de obtener la dimensión de altura.

40 Para el diseño original del fixture, la dimensión de altura era bastante crítica. Los planos tenían una tolerancia de ±0.001” en la altura total del PMM. Ésto se debe a que era imperativo que la raíz de la pieza se apoyara completa y uniformemente sobre el PMM, a su vez, el PMM debía quedar de manera similar con la parte inferior del fixture. De presentarse una pequeña inclinación, las esferas podían entrar a la superficie marcada y dañar la pieza (scrap). Otra ventaja del nuevo diseño, donde el tornillo va por debajo, es que la dimensión de altura para el PMM no requiere de ninguna precisión, ya que al darle vueltas al tornillo, se va acercando o alejando (según sea requerido) a la pieza. Esto garantiza que quede correctamente ubicado el PMM y asegurando que no va a presentarse el desecho de piezas por entrada de peening al serial. 2.8

Resultados del ensayo realizado al nuevo diseño del fixture De las pruebas realizadas a las 500 unidades de álabes se obtuvieron los siguientes

resultados: 1. El 100% de la muestra aprobó satisfactoriamente la etapa de granallado de alta intensidad. Ninguna de las piezas fue desechada por invasión de granallas en el área de enumeración de serial y parte. Esto se debe a la fuerza de empuje generada por la cabeza del tornillo con la ranura del fixture. 2. El tiempo de cambio de piezas de la estación libre (cambiar dos piezas listas por dos nuevas), disminuyó en 1 minuto. 3. Los PMM que se estaban utilizando no tenían ninguna precisión en la dimensión de altura, esto ahorró un tiempo considerable en el mecanizado de los mismos. En el futuro, los PMM podrían hacerse en inyección de plástico. 4. Luego de 250 ciclos completos en la máquina, no se observó desgaste alguno en la pieza. El teipe plomo tiene residuos de las granallas en la parte externa, pero éstas rebotan y no llegan a penetrar. El material con el que se construyó el fixture fue acero AISI-1020, menor dureza que el que se estaba utilizando en el anterior.

41 2.9

Recomendaciones 1. Se recomienda cambiar el fixture en uso por la versión sencilla del nuevo diseño. 2. En caso de planificar otra operación a realizar por el operador, se recomienda construir la versión de rotación rápida del brazo superior del dispositivo. 3. Utilizar permanentemente el adhesivo protector para el dispositivo con el fin de evitar el deterioro excesivo del mismo. 4. Se recomienda cambiar el adhesivo una vez al mes.

CAPITULO 3 PREDICCIÓN ESTADÍSTICA DE DIMENSIONES FINALES EN ÁLABES En HEICO – ABU se usa el control estadístico para predecir la cantidad de piezas aceptables, que van a resultar después de que un lote de forjas sea sometido al proceso de fabricación de álabes. Los lotes constan de 100 a 600 unidades por cada tipo de forja. Dentro del lote se asegura una variación máxima

de ± 0.005 pulgadas de diferencia entre las

dimensiones de las piezas que lo conforman. Se inspecciona una muestra de 10% de cada lote, siendo 20 el número mínimo de piezas a revisar para lotes menores a 200 unidades. El proceso de inspección se lleva a cabo utilizando los CMM (coordinate measuring machine), máquina de palpado donde cada pieza puede ser revisada en todas sus dimensiones. En la Figura 23 se muestra una de las secciones transversales del perfil aerodinámico del álabe tipo JAK615, en donde se detallan algunas de las variables medidas en el proceso y a las cuales se le hace la predicción estadística.

Figura 23 Sección transversal del perfil aerodinámico de un álabe modelo JAK615

43 En la Figura 24 y Figura 25 se presentan las vistas del dibujo tridimensional del modelo de álabe al que se hace referencia en la figura anterior. Se observa el perfil aerodinámico, la variación del ángulo de ataque y la raíz.

Figura 24 Álabe modelo JAK615

Figura 25 Vista planta Álabe modelo JAK615

En el programa de la máquina se encuentran registradas las tolerancias de fabricación para el forging (dimensiones que deben tener el ser recibidas de Alemania), para el in process (dimensiones que pueden tener en el proceso de fabricación) y de las dimensiones finales que deben tener las piezas.

44 Es de resaltar que una de las políticas de HEICO Aerospace es trabajar con un rango de tolerancia más estricto al exigido por la FAA. Por ejemplo, si este organismo aprueba un proceso de fabricación en una pieza que tiene una tolerancia de ±0.1in en cierta dimensión, la tolerancia final de HEICO en la misma sería de ±0.08in. Esto se hace para asegurar que las piezas vendidas estén perfectamente dentro del rango permisible. La muestra es examinada detalladamente y se genera un reporte de la inspección, donde se resumen todos los valores medidos en la muestra. En caso de haber problemas con alguna pieza, el programa genera un reporte separado para esa pieza donde indica en que especificación no es cumplida la tolerancia. El reporte generado es un archivo de texto en columnas (Anexo 3) que son pasados a formato Microsoft Excel ® y formato MiniTAB (programa de estadística utilizado en la empresa para procesar la información y hacer el pronóstico). Una vez que los datos están en formato MiniTAB, hay que seguir una serie de pasos para ejecutar el pronóstico de falla. Se presenta el manual de instrucciones elaborado, en el Anexo 5. En el programa se hace una simulación de la variación en el perfil aerodinámico al someter el mismo al granallado. Los gráficos referidos a: n_Postpeen, lea_Postpeen, tea_Postpeen; son comparados con: N_1, LEA_1, TEA_1; para hacer lo que se llama el ajuste en el angulo N. Este ajuste se realiza en el set up de las máquinas CNC y es diferente para cada lote de piezas. Básicamente en el CMM, cuando todo está en orden, se corren individualmente las 20 piezas o 10% de la muestra una tras otra, este proceso dura entre 4 y 8 min por pieza, dependiendo de la familia y # de parte. En la interfaz de CMM, se van almacenando los datos de origen de las piezas, así como el número de pieza dentro del lote que se está inspeccionando (estas son marcadas con marcador de tinta indeleble en la esquina superior derecha). En la inspección inicial de la muestra, el CMM revisa la raíz de la base del álabe, los fillets, la plataforma, y el perfil aerodinámico como tal en todas sus secciones (varían entre 6 y

45 12). En el programa de CMM se puede escoger si se quiere revisar las piezas con tolerancias de forging, de in process o de final; cada una es diferente. In process se utiliza para la tolerancia que deben tener las piezas después que salen del desbaste a la raiz y van a la sección de rectificadoras CNC. Forging se utiliza para las piezas como llegan de Alemania. Final se utiliza en la ultima inspección que se le hace a la pieza una vez que esta lista para ser enviada a los distribuidores. Uno de los problemas que había en el proceso de pronóstico estadístico de las piezas, era que los macros o programas que se corrían en MiniTAB no estaban actualizados para todas las piezas, y los que eran actualizados no eran llevados en ningún control. Para solventar esta situación, se procedió a crear un archivo donde se almacena la información de lo relacionado con este proceso. Se actualizaron los macros, programas de Microsoft Excel ®, etc; con las especificaciones de los planos más recientes para cada pieza. Por motivo de la política de confidencialidad de la empresa, no se pueden incluir dichos planos en este reporte. Todos los valores que se encuentran en los planos son introducidos en los programas de Microsoft Excel®, y MiniTab. Hacer este trabajo, trajo beneficios estratégicos para ABU. Cuando se empezó a hacer análisis estadístico, no había stock de piezas listas para ser liberadas a la línea de producción. Se trabajaba en el día a día, muchas veces, se detenía la producción a nivel de las máquinas rectificadoras CNC por no tener piezas, donde la parada era ocasionada por no tener la predicción estadística de lotes. Las personas que estaban capacitadas para hacer esa tarea, (Sr Operations Analyst y Production Manager) tienen una lista de responsabilidades a nivel gerencial y operativo de mayor importancia, lo cual no les deja tiempo para esta tarea. Por lo mencionado anteriormente, surge la motivación (necesidad) de ser entrenado para realizar este proceso. Como valor agregado a este trabajo, se hizo un Manual de Procedimiento para llevar a cabo las inspecciones y pronóstico estadístico de un lote de piezas. En el mismo se explica detalladamente los pasos a seguir; los problemas más frecuentes que se presentan a la hora de

46 las corridas en el CMM; los valores que suelen ser errados en la corridas y se especifica donde se puede conseguir la información de pronósticos y macros de MiniTab realizados anteriormente. 3.1

Conclusiones y Resultados Al finalizar el proyecto, quedaron más de 5500 piezas en stock (suficiente para al

menos 7 meses de producción). Tomando en consideración que una persona va a ser contratado en los próximos meses para encargarse de todo lo relacionado a nuevas piezas (recibir el material, comunicarse con los proveedores, hacer los pronósticos estadísticos, liberarlos al campo de trabajo, llenar la documentación). En el Manual de Procedimiento quedó toda la información por escrito para hacer más sencillo la transmisión de responsabilidades. En términos Monetarios, el Jefe de Operaciones de la unidad de álabes, estima que la contribución en el área de pronostico estadístico y arreglo – ubicación – inventario de las forjas, después del trabajo de pasantía tuvo como ahorro para la empresa no menos de US$ 47,000.00. Tomando en cuenta que se tiene garantizada la producción de la planta, en lo que a lotes de piezas listos para ser procesados se refiere, por lo menos todo el primer semestre de 2007 y la facilidad de encontrar las piezas (lotes) que se van a procesar con el nuevo sistema de ubicación e inventario.

CAPITULO 4 ORGANIZACIÓN E INVENTARIO DE PIEZAS. SISTEMA DE UBICACIÓN 4.1 Fundamentos teóricos 4.1.1

Concepto de Inventario

Los Inventarios son bienes tangibles que se tienen para la venta en el curso ordinario del negocio o para ser consumidos en la producción de bienes o servicios para su posterior comercialización. Los inventarios comprenden, además de las materias primas, productos en proceso y productos terminados o mercancías para la venta; los materiales, repuestos y accesorios para ser consumidos en la producción de bienes fabricados para la venta o en la prestación de servicios; empaques y envases y los inventarios en tránsito. [4] 4.1.2

Objetivos del inventario

Proveer o distribuir adecuadamente los materiales necesarios a la empresa colocándolos a disposición en el momento indicado, para así evitar aumentos de costos-pérdidas de los mismos, permitiendo satisfacer correctamente las necesidades reales de la empresa, a las cuales debe permanecer constantemente adaptado. [4] 4.1.3

Funciones que efectúa el Inventario

En cualquier organización, los inventarios añaden una flexibilidad de operación que de otra manera no existiría. En fabricación, los inventarios de producto en proceso son una necesidad absoluta, a menos que cada parte individual se lleve de máquina a máquina y que estas se preparen para producir una sola parte. [4] Funciones: •

Eliminación de irregularidades en la oferta

•

Compra o producción en lotes o tandas

•

Permitir a la organización manejar materiales perecederos

•

Almacenamiento de mano de obra

48 4.1.4

Administración de Inventarios [4]

4.1.4.1

Concepto

Es la eficiencia en el manejo adecuado del registro, de la rotación y evaluación del inventario de acuerdo a cómo se clasifique y qué tipo de inventario tenga la empresa, ya que a través de todo esto determinaremos los resultados (utilidades o pérdidas) de una manera razonable, pudiendo establecer la situación financiera de la empresa y las medidas necesarias para mejorar o mantener dicha situación. 4.1.4.2

Finalidad

La administración de inventario implica la determinación de la cantidad de inventario que deberá mantenerse, la fecha en que deberán colocarse los pedidos y las cantidades de unidades a ordenar. Existen dos factores importantes que se toman en cuenta para conocer lo que implica la administración de inventario: - Minimización de la inversión en inventarios El inventario mínimo es cero, la empresa podrá no tener ninguno y producir sobre pedido, esto no resulta posible para la gran mayoría de las empresas, puesto que debe satisfacer de inmediato las demandas de los clientes o en caso contrario el pedido pasará a los competidores que puedan hacerlo, y deben contar con inventarios para asegurar los programas de producción. La empresa procura minimizar el inventario porque su mantenimiento es costoso. - Afrontando la demanda Resulta extremadamente costoso tener inventarios estáticos paralizando un capital que se podría emplear con provecho. La empresa debe determinar el nivel apropiado de inventarios en términos de la opción entre los beneficios que se esperan no incurriendo en faltantes y el costo de mantenimiento del inventario que se requiere.

49 4.1.5

Importancia [4]

La administración de inventario, en general, se centra en cuatro aspectos básicos: •

Cuantas unidades deberían ordenarse o producirse en un momento dado.

•

En que momento deberían ordenarse o producirse el inventario.

•

Que artículos del inventario merecen una atención especial.

•

Puede uno protegerse contra los cambios en los costos de los artículos del inventario.

El inventario permite ganar tiempo ya que ni la producción ni la entrega pueden ser instantánea, se debe contar con existencia del producto a las cuales se puede recurrir rápidamente para que la venta real no tenga que esperar hasta que termine el largo proceso de producción. Este permite hacer frente a la competencia, si la empresa no satisface la demanda del cliente sé ira con la competencia, esto hace que la empresa no sólo almacene inventario suficiente para satisfacer la demanda que se espera, si no una cantidad adicional para satisfacer la demanda inesperada. El inventario permite reducir los costos a que da lugar la falta de continuidad en el proceso de producción. Además de ser una protección contra los aumentos de precios y contra la escasez de materia prima. Si la empresa prevé un significativo aumento de precio en las materias primas básicas, tendrá que pensar en almacenar una cantidad suficiente al precio más bajo que predomine en el mercado, esto tiene como consecuencia una continuación normal de las operaciones y una buena destreza de inventario. La administración de inventario es primordial dentro de un proceso de producción ya que existen diversos procedimientos que nos va a garantizar como empresa, lograr la satisfacción para llegar a obtener un nivel óptimo de producción. Dicha política consiste en el conjunto de reglas y procedimientos que aseguran la continuidad de la producción de una

50 empresa, permitiendo una seguridad razonable en cuanto a la escasez de materia prima e impidiendo el exceso de inventario, con el objeto de mejorar la tasa de rendimiento. Su éxito va estar enmarcado dentro de la política de la administración de inventario: •

Establecer relaciones exactas entre las necesidades probables y los abastecimientos de los diferentes productos.

•

Definir categorías para los inventarios y clasificar cada mercancía en la categoría adecuada.

•

Mantener los costos de abastecimiento al más bajo nivel posible.

•

Mantener un nivel adecuado de inventario.

•

Satisfacer rápidamente la demanda.

•

Recurrir a la informática.

Algunas empresas consideran que no deberían mantener ningún tipo de inventario porque mientras los productos se encuentran en almacenamiento no generan rendimiento y deben ser financiados. Sin embargo es necesario mantener algún tipo de inventario porque: La demanda no se puede pronosticar con certeza. Se requiere de un cierto tiempo para convertir un producto de tal manera que se pueda vender. Además de que los inventarios excesivos son costosos también son los inventarios insuficientes, por que los clientes podrían dirigirse a los competidores si los productos no están disponibles cuando los demandan y de esta manera se pierde el negocio. La administración de inventario requiere de una coordinación entre los departamentos de ventas, compras, producción y finanzas; una falta de coordinación nos podría llevar al fracaso financiero. En conclusión la meta de la administración de inventario es proporcionar los inventarios necesarios para sostener las operaciones en el más bajo costo posible. En tal sentido el primer paso que debe seguirse para determinar el nivel óptimo de inventario son, los

51 costos que intervienen en su compra y su mantenimiento, y que posteriormente, en que punto se podrían minimizar estos costos. 4.1.6

Control interno sobre inventarios [4]

El control interno sobre los inventarios es importante, ya que los inventarios son el aparato circulatorio de una empresa de comercialización. Las compañías exitosas tienen gran cuidado de proteger sus inventarios. Los elementos de un buen control interno sobre los inventarios incluyen: 1. Conteo físico de los inventarios por lo menos una vez al año, no importando cual sistema se utilice. 2. Mantenimiento eficiente de compras, recepción y procedimientos de embarque. 3. Almacenamiento del inventario para protegerlo contra el robo, daño ó descomposición. 4. Permitir el acceso al inventario solamente al personal que no tiene acceso a los registros contables. 5. Mantener registros de inventarios perpetuos para las mercancías de alto costo unitario. 6. Comprar el inventario en cantidades económicas. 7. Mantener suficiente inventario disponible para prevenir situaciones de déficit, lo cual conduce a pérdidas en ventas. 8. No mantener un inventario almacenado demasiado tiempo, evitando con eso el gasto de tener dinero restringido en artículos innecesarios. 4.2 Descripción del Problema Todas las piezas que son recibidas por HEICO como forjas para la producción de álabes pasan por un proceso de inspección (se explicó detalladamente en el Capítulo 1 “Descripción de la empresa”); donde se hace una minuciosa revisión de las piezas con el fin

52 de verificar que vienen acorde con las especificaciones suministradas al proveedor de las mismas en Alemania. Estas piezas llegan a la empresa empacadas en baúles que contienen entre una y cuatro cajas de piezas, donde cada caja puede contener desde veinticinco hasta cien unidades, dependiendo del modelo. Al aprobar la inspección, las piezas son liberadas al piso de trabajo con un número de orden para seguir el proceso de producción. En el ínterin, las piezas son almacenadas en cualquier lugar disponible del galpón. También se usa como almacén de piezas entrantes, el Cuarto de Materiales a ser Re-inspeccionados; donde a su vez, están las piezas que deben ser consignadas al proveedor porque presentan alguna falla o error en las especificaciones, y fueron reprobados en la inspección. Generalmente los lotes constan de cuatro a dieciséis cajas y con regularidad éstas son separadas en el momento de almacenarlas. Como se dijo anteriormente, depende del espacio disponible. En primer momento se desconocía la no existencia un sistema de inventario. La iniciativa de hacer un sistema de inventario y ubicación de lotes de piezas, surge de una petición por parte del Gerente General de ABU de ubicar una serie de cajas que debían ser reinspeccionadas. La ubicación de las cajas era tarea difícil ante esa situación, las mismas estaban sueltas por todo el galpón, no estaban ordenadas o clasificadas por ninguna característica, solo colocadas en el primer espacio disponible que se encontraba la persona encargada. Ante esta situación, se planteó la idea de hacer un sistema de inventario y ubicación tanto para las cajas entrantes, como para las ya existentes dentro de la planta. Inicialmente se hizo un estudio del espacio disponible para la ubicación de cajas y un conteo aproximado de cada tipo de piezas, divididas por familias (JA’s, JAK’s, JAP’s) y a su vez, por lotes. Con la primera idea, se hizo una distribución matricial del espacio (en filas y columnas) en donde se encontraban actualmente las piezas, representada en la Figura 26. Se

53 procedió a hacer un primer inventario donde se incluía: número de lote, tipo de pieza, el número de piezas, ubicación actual, status dentro de la inspección y discrepancias con la base de datos.

Figura 26 Distribución original de baúles alrededor de la empresa

Con la ubicación actual y la ubicación futura que se planificó en conjunto con el grupo de Ingenieros, se hizo una programación detallada para mover las cajas. Fue como un juego de estrategia, pensando en no dejar sobrepasar la capacidad de almacenamiento de las piezas. Una vez que se despajaba un sitio para piezas, se metían los lotes que iban en ese lugar, así sucesivamente. Una vez ubicadas las piezas en su nuevo sitio, se procedió nuevamente a hacer el inventario total de las piezas. Se contó caja por caja, pieza por pieza con la misma cantidad de detalles que en la primera vez.

54 Todos los datos recolectados fueron introducidos en una base de datos del programa Microsoft Excel ®, en donde actualmente puede ubicarse cualquier tipo de información acerca de las piezas. Inicialmente las piezas estaban distribuidas alrededor de toda la planta: cerca de las oficinas, cerca de las máquinas, cerca de los baños, etc. Con la nueva distribución, se logró retirar todas esas cajas que estaban mal distribuidas y utilizar un cuarto de depósito para almacenar gran parte de las cajas. Se utilizaron 9 estantes, donde a cada estante se le llamó por una letra y se enumeraron las repisas con números. Con la nueva nomenclatura, un lote en el sistema que aparezca en la sección SA1, significa que esta en el estante A, repisa 1. En el área que anteriormente se tenían las cajas, solo se dejaron 14 columnas (de las 17 originales) y se le asignó una letra a cada fila (de A hasta E). En ese sentido, si en el sistema aparece un lote en la ubicación C12, significa que está en la fila C, columna 12 de la sección de piso. Se hizo un esquema de la nueva distribución de las cajas en A.B.U., esquematizado en la Figura 27; los estantes se agregan en el gráfico como referencia, en realidad esos estantes están dentro del espacio llamado Suzanna, que es el depósito de materiales no procesados.

Figura 27 Nueva distribución de cajas y baúles

55 4.3 Resultados y Conclusiones Los errores comunes en procedimientos de papeleo para recepción y asignación de números de orden a nuevos trabajos, se redujeron en más de 80% gracias a la organización de las piezas y el sistema de ubicación desarrollado. Se logró ordenar las piezas que estaban regadas en todo el espacio físico de A.B.U. gracias a un trabajo en conjunto de las personas que ahí laboran. La elaboracion del inventario trajo resultados beneficiosos para todos los departamentos de la division de álabes. El tiempo necesario para ubicar cualquier orden o lote de forjas es mínimo en comparación al empleado anteriormente, gracias al sistema de ubicación e inventario de las piezas. En el departamento de administración y contaduría se tienen ahora números precisos de las piezas en inventario, también de las piezas que estan siendo inspeccionadas y en que etapa de la inspección se encuentran. En el departamento de producción se conoce con exactitud las piezas que están listas para ser liberadas al piso de trabajo y someterlas a la cadena de fabricación. En el departamento de análisis de operaciones se tienen números exactos de las piezas que quedan en inventario desde el último pedido a Alemania. Ahora se puede tener una planificación de las nuevas órdenes y no tener que parar la producción porque se agotaron las piezas. En los estados financieros de la compañía se tienen números precisos de los activos en piezas a ser procesadas, piezas que fueron rechazadas, piezas en stock listas para ser entregadas a los distribuidores, entre otros. En términos Monetarios, el Jefe de Operaciones de la unidad de álabes estima que la contribución en el área de pronóstico estadístico y arreglo – ubicación – inventario de las forjas, después del trabajo de pasantía tuvo como ahorro para la empresa no menos de US$ 47,000.00.

56 4.4 Recomendaciones Se recomienda actualizar el archivo de inventario siempre que ocurran cambios en el estatus de las piezas, desde un cambio de ubicación en el proceso de inspección de las piezas, pasando por la admisión de nuevas piezas provenientes del proveedor, hasta la eliminación del inventario de las piezas que ya culminaron la etapa de producción y van a ser entregadas a los distribuidores de venta. Se recomienda seguir haciendo aportes a la organización de los procesos dentro de la compañía, ya que eso no hará más que beneficiar en tiempo y dinero a la empresa.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] http://www.heico.com [2] http://www.cym.com.ar/castellano/informes/shot-peening-introduccion.pdf [3] http://www.shotpeener.com/ [4] http://es.wikipedia.org/wiki/inventario [5] http://en.wikipedia.org/wiki/shotpeening

58

ANEXOS

ANEXO 1

Formato de solicitud de inspección de secciones en las rectificadoras CNC basado en predicción estadística. Ajuste de ángulo N.

ANEXO 2

Tabla de indicadores Cp y Cpk.

ANEXO 3

Reporte de inspección originado en CMM.

ANEXO 4

Reporte final de pronóstico estadístico para un lote.

ANEXO 5

Instrucciones para realizar un pronóstico estadístico teniendo los datos de CMM del lote.

ANEXO 6

Programas (macros) de MiniTAB.