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Nov 20, 2023

Llevando la soldadura de aluminio al siguiente nivel

Un soldador utiliza soldadura por arco de tungsteno con gas en un marco de aluminio. un automatizado

Un soldador utiliza soldadura por arco de tungsteno con gas en un marco de aluminio. Un sistema automatizado de almacenamiento y recuperación, en segundo plano, alimenta el stock de láminas y placas para el corte por láser. Las piezas pasan al plegado, luego al resto de la operación.

Un collage enmarcado cuelga en la pared cerca de un escritorio ocupado por Matt Marty, presidente de CMC de Georgia y nieto del fundador de la empresa. El fabricante ha estado en el negocio durante más de un siglo, y el collage muestra el trabajo manual de la empresa a lo largo de los años. Una imagen muestra una cabina fabricada a medida para una grúa de la década de 1940. En ese momento, el fabricante ya había estado en el negocio por más de 30 años.

Hoy en día, la empresa de 60 empleados fabrica una variedad de trabajos, incluidas piezas para cortadoras de césped comerciales (piense en campos de golf y granjas de césped), así como equipos de embalaje y piezas especiales para los campos petroleros. Dicho esto, los taxis personalizados todavía representan una parte importante de los ingresos de CMC.

"Encajamos en el extremo de menor volumen del negocio de taxis personalizados", dijo Marty, y agregó que sus pedidos de pan con mantequilla involucran de cinco a ocho taxis por mes. La próxima vez que aborde un avión, revise los vehículos (para combustible, manejo de equipaje, deshielo y otros propósitos especiales) que circulan por la pista. Es muy probable que algunos de los taxis de esos vehículos provengan de CMC. Otras cabinas se destinan a vehículos fabricados para patios de mantenimiento ferroviario, carretillas elevadoras especiales, minería, seguridad y construcción.

El nicho de CMC está en equipos de nicho. Los vehículos especiales que la empresa fabricó en las décadas de 1940 y 1950 requirieron mucha planificación, muy parecidos a los productos en la combinación actual de trabajo del fabricante. Pero la forma en que ahora se fabrican los productos (con automatización de corte, formación optimizada y una planificación de procesos increíblemente detallada en soldadura) probablemente habría hecho girar la cabeza del fundador de la empresa.

Cuando el abuelo de Marty lanzó Chicago Manufacturing Co. (CMC) en 1910, la ciudad tenía más caballos que automóviles. Durante las décadas iniciales del taller, los empleados fabricaban calentadores de agua para automóviles (tecnología de vanguardia de principios del siglo XX). A mediados de la década de 1950, la empresa ya era un actor establecido en el mercado de cabinas para vehículos especiales.

Cuando era joven, Marty recordó haber visto a los artesanos de láminas de metal diseñar líneas de corte, cortar piezas a medida, perforar con un punzón de una sola estación y luego formar con un freno mecánico. "También podían hacer mucho trabajo de radio", recordó Marty, y agregó que el taller produjo una gran cantidad de contornos y conos complicados, todos documentados de una manera inusual.

"Todas las impresiones de ingeniería se dibujaron a tamaño completo, se hicieron en mesas grandes en la oficina", dijo Marty. Estos no eran planos típicos con vistas isométricas. "Las tres vistas estaban una encima de la otra, dibujadas en diferentes colores en la misma hoja de papel".

Marty negó con la cabeza y se rió entre dientes. "Eran tan difíciles de leer, y nunca los entendí del todo", dijo, y agregó que quienes trabajaron con ellos, por supuesto, podían comprenderlos. Para aquellos que aprendieron a leerlos, los dibujos dieron una visión completa de lo que podría ser un trabajo muy complejo, tal vez un presagio de algunas de las extensas fabricaciones con las que trabajan los empleados de la empresa en la actualidad.

Esas impresiones únicas de tamaño real no se utilizan hoy en día, por supuesto. Durante décadas, CMC adoptó software de diseño como ProE y SolidWorks. Hoy en día, la empresa utiliza TruTops para sus sistemas de corte y prensas plegadoras TRUMPF, simulando programas de freno fuera de línea. Las fuentes de poder de soldadura OTC DAIHEN de la compañía pueden almacenar 100 configuraciones de soldadura separadas, adaptando voltajes y amperajes para varios trabajos. CMC ha adoptado la digitalización de la fabricación de metales, desde el corte hasta la soldadura, pero el corazón de la operación aún reside en la soldadura y el ensamblaje, donde las fabricaciones complejas requieren una atención extraordinaria a los detalles.

El ingeniero de soldadura Jason Smith, un inspector y educador de soldadura certificado (CWI/CWE), fue contratado en septiembre de 2021 para intensificar el juego de soldadura de aluminio de CMC. Señaló una pieza de aluminio salpicada de grabados, hecha con el láser TRUMPF de estado sólido de 8 kW de la compañía que instaló en 2021. Esas piezas se convertirían en las "pieles" fabricadas de cabinas especiales para vehículos de mantenimiento ferroviario. Iba a ser enviado a una empresa del Sureste, que a su vez los enviará a un cliente final en Europa.

(Desde la izquierda) Matt Marty, presidente, y Jason Smith, ingeniero de soldadura, han estado liderando el esfuerzo de CMC para aumentar la capacidad de soldadura y fabricación de aluminio de las operaciones. El taller ahora cuenta con la certificación EN 15085-2, un estándar europeo para soldar vehículos y componentes ferroviarios.

"Si tuviéramos que diseñar todo eso a mano", dijo Smith, señalando las ubicaciones de soldadura grabadas con láser, "habría sido una pesadilla".

En 1981, CMC abrió una instalación en Winder, Georgia, al noroeste de Atlanta. Seis años más tarde, CMC cerró su oficina de Chicago y trasladó todo a la ubicación de Georgia.

El padre de Marty murió en 1989, después de lo cual Marty se hizo cargo del negocio, ahora conocido como CMC of Georgia. En 2007, el taller se mudó a una planta en Toccoa, un pequeño pueblo cerca del extremo noreste del estado. La medida fue estratégica por varias razones. Primero, aunque la región es pintoresca, en medio de las montañas del norte de Georgia, también tiene una larga historia de fabricación. Los 115,000 pies cuadrados. La planta a la que se mudó CMC estaba ocupada anteriormente por un fabricante de equipos de basura. En segundo lugar, la planta le dio a CMC el diseño abierto y el espacio de grúa aérea que necesitaba para aumentar sus capacidades de fabricación. Los trabajadores de las instalaciones de Winder pasaron demasiado tiempo esperando que las grandes fabricaciones fueran trasladadas de una estación a otra. Hoy en día, el trabajo sigue un patrón de flujo simple, con la materia prima entrando por el extremo más alejado de la planta y los productos terminados preparados para su envío por el extremo más cercano, al lado de la oficina. Cuatro grúas de 20 toneladas y 18 grúas giratorias ayudan a todos a mantener el trabajo en movimiento.

También en 2007, CMC invirtió en su sistema automatizado de almacenamiento y recuperación STOPA, que alimentaba dos láseres TRUMPF. "No queríamos que nuestro material se almacenara por todas partes", dijo Marty, "sin saber lo que teníamos y sin poder avanzar. Podemos cortar y almacenar piezas en el STOPA, y podemos sacarlas cuando las necesitemos". a ellos."

El uso de la tecnología por parte de la empresa ha evolucionado en los últimos años, especialmente después de invertir en el láser de estado sólido de 8 kW. La nueva máquina tiene tanta capacidad que la empresa ya no necesita hacer funcionar el láser durante la noche y el avance no es tan crítico como solía ser. El inventario en vivo sigue siendo el mayor beneficio del sistema; con unos pocos clics de ratón, la tienda puede ver qué material tiene y qué debe pedir.

Caminando por el taller, Marty señaló algunos de los trabajos adicionales en proceso (WIP), signos reveladores de problemas en la cadena de suministro que demasiados fabricantes han experimentado en los últimos años. CMC no ha tenido problemas para obtener materia prima, pero conseguir algunos componentes y suministros comprados ha sido un desafío.

Sin embargo, los desafíos más importantes provienen de pedidos retrasados. CMC comienza una fabricación, luego frena cuando se entera de que otras compañías en la cadena de suministro no pueden obtener las piezas que necesitan. Dicho esto, Marty no busca reducir el WIP, al menos en este momento, porque permite que el taller responda rápidamente cuando los clientes dan luz verde para enviar.

"Buscamos mantener contentos a los clientes, por eso tenemos más inventario", explicó Marty. Dijo esto mientras señalaba los estantes de materias primas cerca del sistema STOPA. Para garantizar que pueda responder a la demanda de los clientes, CMC también tiene más existencias en bruto.

La STOPA entrega piezas en bruto cortadas a una mesa de descarga adyacente al departamento de formación, que incluye dos prensas plegadoras TRUMPF completas con seguidores de hojas y grandes alturas abiertas para acomodar bridas grandes. Muchas partes emergen del corte no solo con ubicaciones de soldadura grabadas, sino también con la identificación de la pieza grabada.

Mire hacia abajo en soldadura, pintura y ensamblaje, y es fácil ver por qué la identificación de piezas es tan importante. CMC fabrica piezas y subensamblajes, pero la mayor parte de sus ingresos proviene de grandes ensamblajes que involucran cientos de componentes y (literalmente) miles de puntos de soldadura.

Un láser de estado sólido de 8 kW corta 0,25 in. material destinado a un montaje de cabina a medida.

De vuelta en la sala de conferencias de la oficina principal, el ingeniero de soldadura Jason Smith señala una pila de papeles y pasa a una página que incluye cientos de llamadas para pernos de soldadura de aluminio. Y eso es solo una página en medio de una pila gruesa. "Este producto es un CPC2, que requiere una inspección visual del 100 %. Cada soldadura debe inspeccionarse visualmente y hay literalmente miles de soldaduras".

CPC2 se refiere a una clasificación de trabajo que dicta requisitos de examen no destructivo (NDE) como se describe en EN 15085-3, un estándar europeo para soldar vehículos y componentes ferroviarios.

Desde que se unió a CMC el año pasado, Smith ayudó a la empresa a lograr la certificación de la norma EN 15085, una hazaña rara entre los fabricantes norteamericanos. El estándar lleva los requisitos de continuidad del soldador al siguiente nivel. Por ejemplo, para comenzar un nuevo trabajo fabricado según la norma EN, un soldador debe realizar una prueba para demostrar que puede realizar los requisitos de soldadura específicos para el trabajo en cuestión. "Para mantener su calificación de soldador, deben realizar una prueba aplicable a esa calificación de soldador cada seis meses", dijo Smith. “Luego, cada dos años, deben volver a hacer la prueba de soldadura original para renovar la calificación de soldador.

"Si un trabajo requiere una soldadura a tope GMAW-P, entonces el soldador debe realizar una soldadura, someterla a pruebas visuales, radiográficas, de fractura y al final con una prueba de flexión", continuó Smith. "Si se trata de una soldadura de filete, se realiza una prueba de ruptura de la soldadura de filete y se cortan muestras para el macrograbado". Agregó que los requisitos de las pruebas de soldadura varían según los requisitos del trabajo, pero todos aseguran que "los soldadores sean responsables de su técnica y habilidad".

Los procedimientos de soldadura son extremadamente detallados. En lugar de especificar rangos para, por ejemplo, velocidades de avance, voltios y amperajes aceptables, Smith ejecuta un cálculo (como se especifica en la norma EN) para cada tipo de soldadura, incluida la elección del proceso (como soldadura por arco metálico con gas pulsado, GMAW-P o soldadura por arco de tungsteno con gas, GTAW), voltaje, amperaje y velocidad de desplazamiento.

Hoy, Smith usa una variedad de sombreros, y uno de ellos es el de maestro. "El entrenamiento está en mi columna vertebral", dijo. (Smith pasó varios años como instructor de soldadura en North Georgia Technical College). A lo largo del día, Smith trabaja con soldadores, observando y mejorando su técnica, que se ha vuelto cada vez más crítica a medida que las soldaduras se vuelven más desafiantes.

Smith señaló un trabajo que involucró un aluminio 6061-T6, de 2 pulgadas de diámetro. tubo cuadrado de 0,25 pulg. pared soldada a una capa de aluminio 5052-H32 de 0,080 pulgadas. Usando GMAW-P, el soldador colocó un cordón en la orientación vertical hacia arriba, todo sin una pizca de quemado. La configuración incorpora una placa trasera de acero inoxidable, que se usa como disipador de calor, pero gran parte del éxito depende de la técnica del soldador. La velocidad de desplazamiento de la soldadora debe ser extremadamente consistente junto con la extensión, el ángulo de la pistola y el punto muerto, lo cual no es una hazaña fácil de soldar verticalmente hacia arriba. Incluso un tejido diminuto podría empujar el calor más allá de los límites aceptables, y el soldador terminaría derritiéndose.

Además de la capacitación, Smith actúa como coordinador de comunicaciones, particularmente para algunos de los ensamblajes más complicados de la empresa, ayudando a interpretar dibujos y guiando al personal a través de representaciones CAD en 3D, ahora disponibles en estaciones de trabajo con computadoras en el piso.

Todo esto se mezcla con otro papel que desempeña Smith: encontrar eficiencias para acortar el tiempo total de fabricación, especialmente para trabajos certificados según la norma ferroviaria EN. Ese estándar requiere que el material de aluminio sea certificado y separado; Se pueden encontrar letreros de "solo aluminio" en varios equipos en toda la planta. Además, el personal de control de calidad debe inspeccionar y aprobar en varias etapas de fabricación, un factor que rige los tamaños de los lotes que se derivan del corte y el doblado.

Anteriormente, el taller tenía partes "alimentadas por goteo" al control de calidad (QC) a medida que se terminaban. Después de todo, tenía el equipo flexible de corte y doblado que permitía un cambio rápido, y los tamaños de lote más pequeños significaban un mejor flujo, ¿verdad? No necesariamente, especialmente cuando se tienen en cuenta los recursos de control de calidad. Para el trabajo EN, el personal de calidad debe verificar que cada pieza esté cortada y doblada dentro de la tolerancia. Esto incluye tolerancias específicas de piezas, así como tolerancias que afectan las relaciones de piezas "principal-secundaria" en ensamblajes más grandes.

Un operador de láser supervisa el sistema de corte de 8 kW situado junto al sistema automatizado de almacenamiento y recuperación STOPA de la empresa.

"Ahora, todo el material necesario [para un ensamblaje] se corta y está listo antes de la fabricación, por lo que no hay retrasos [en el control de calidad]", dijo Smith, y agregó que esto solo ayudó a reducir varias semanas de producción para ciertos productos de cabinas de ferrocarril. .

Marty pasó junto al sistema STOPA y miró hacia las torres. "Sí, tuvimos un mal momento en eso", recordando el clima de negocios entre 2007 y 2009. El taller instaló el sistema en 2007 y experimentó un crecimiento moderado en 2008 antes de que cayera el fondo en 2009. "Nos estaba yendo muy bien hasta octubre de 2008, pero luego, en 2009, todo cerró".

Marty agregó, sin embargo, que no se arrepiente de la inversión. La empresa tenía el efectivo para superar la Gran Recesión y la automatización ayudó a la empresa a reconstruir el negocio rápidamente durante los años siguientes.

Lo mismo sucedió con la recesión pandémica de 2020. "Vimos que la industria de las aerolíneas se detuvo", dijo. "Entonces, todos los clientes que fabrican equipos de transporte aéreo/terrestre también se detuvieron". Pero como siempre lo ha hecho en CMC, el negocio finalmente volvió y la falta de demanda ya no es un problema.

El desafío ahora es sobre la cadena de suministro. Aún así, como antes, CMC no ha dejado de avanzar. Para proteger a los clientes, tiene más inventario. Y el desafío actual no ha detenido su continua inversión en soldadura de aluminio. También espera obtener la certificación ISO 9001 para fin de año.

"Nuestro negocio se ha vuelto mucho más complejo durante el año pasado", dijo Marty, refiriéndose al aumento de la soldadura de aluminio de CMC. "Eso va a ser algo bueno para nosotros". Agregó que abordar con éxito tal complejidad le dará a CMC una ventaja competitiva, y ahí radica la oportunidad.