Prototyper demuestra ser el eslabón perdido para el fabricante de herramientas

Se puede construir un troquel prototipo hecho de Kirksite en cuestión de semanas. Imágenes: Auto Metal Craft

Tooling Systems Group, Grand Rapids, Michigan, está bien establecida como una familia de empresas de troqueles de estampado, herramientas de moldes, sistemas de ensamblaje, fabricación de placas de acero, venta de maquinaria y mecanizado por contrato. TSG es un proveedor aprobado de nivel 1 de herramientas de estampado de producción de alto volumen para una variedad envidiable de OEM automotrices, incluidos GM, Ford, Toyota, Honda, BMW, FCA, Nissan, Volkswagen y Mercedes-Benz.

La empresa comenzó con cinco fabricantes de troqueles en 1983 y hoy cuenta con 600 empleados. Ha aumentado su capacidad y capacidades mediante la adquisición y ahora es una organización de 13 empresas en la actualidad.

El grupo de herramientas se enfrentaba a situaciones en las que perdía algunos proyectos porque no contaba con la experiencia y las capacidades de creación de prototipos internas. Cuando subcontrató la creación de prototipos, no pudo ser competitivo en costos. La gerencia de la empresa buscó una empresa prototipo para unirse a ella.

Introduzca Auto Metal Craft, Oak Park, Michigan. El fabricante se ha especializado en la creación de prototipos y estampados de tirada corta durante más de 70 años. Cincuenta empleados realizan herramientas internas, corte por láser, capacidades de prensa e inspección, GMAW robótico y soldadura por resistencia. Su mayor cliente es GM.

La pasión de Auto Metal Craft por la industria y su experiencia estaban bastante bien establecidas. La empresa ha duplicado su tamaño en los últimos cinco años.

TSG hizo una oferta para comprar la empresa prototipo y Auto Metal Craft aceptó. El presidente de la empresa, Kent Woody, se jubiló y el vicepresidente Chuck Karch aceptó el cargo de presidente. El trato se cerró el 22 de agosto de 2022.

"TSG buscaba comprar o fusionarse con un prototipo/proveedor de producción de bajo volumen. Estaban perdiendo oportunidades porque no tenían sus propias capacidades de prototipo", comentó Karch. "Tenemos el conocimiento y la experiencia para hacer herramientas de tiradas cortas".

Karch agregó: "Seguimos siendo Auto Metal Craft, pero somos parte de Tooling Systems Group".

El hecho de que una gran empresa de herramientas reconociera que necesitaba capacidades de creación de prototipos realmente indica la importancia de tener esa capacidad.

"Algunas empresas han hablado de alejarse de la creación de prototipos, diciendo que pueden reemplazarla con simulación por computadora. He escuchado esto durante los últimos 25 años", dijo Karch. "Eso está muy lejos de la verdad. Todavía necesitan estas partes físicas".

Hay lecciones aprendidas durante la validación con un prototipo. Las alteraciones se pueden hacer más fácilmente usando prototipos de herramientas antes de que se fabriquen las herramientas duras.

Los fabricantes de automóviles compran ensamblajes y piezas prototipo de Auto Metal Craft para validarlos. Pueden hacer pruebas de choque o ponerlos en una pista de pruebas. Quieren validar un vehículo físico antes de que entre en producción, sostiene Karch.

"Además, hay lecciones aprendidas durante la validación... 'Oh, esto no funcionó'", continuó Karch. “O el departamento de producción entra y dice: 'Oye, no podemos hacer eso en producción'. Por lo tanto, suavizarán algunas áreas, harán algunas modificaciones y, en la mayoría de los casos, volverán a nosotros durante el programa y también crearemos prototipos de los cambios de diseño".

El material del utillaje prototipo suele ser diferente; el proceso de elaboración es diferente y en menor tiempo; los troqueles son más pequeños y el material de la herramienta se puede volver a fundir y reutilizar poco después de fabricar las piezas satisfactorias, lo que afecta el precio de las herramientas. Lo más significativo es que el tiempo para hacerlo es mucho más corto, transmitió Karch.

Herramientas duras. Puede llevar meses diseñar herramientas duras a largo plazo y 30 semanas construirlas. "Un troquel de transferencia podría tener 30 pies de largo y ser muy engorroso. Están construidos de acero duro, como D2. Pueden ser muy costosos, con muchas piezas de herramientas pequeñas juntas en zapatas de troquel grandes. Todo está diseñado en la herramienta."

Por ejemplo, en una línea de transferencia, un alimentador automático desenrolla la hoja de metal y la introduce en la herramienta para formar la pieza. Puede haber tres o cuatro operaciones de formación y algunas operaciones de recorte en esa misma herramienta. Los adornos exteriores y todos los orificios probablemente se perforarían en el troquel. La matriz puede estar equipada con levas que forman bridas, dijo Karch. "Entonces, puede haber 10 estaciones en una herramienta, y al final escupe una pieza completa".

Una vez sellada la pieza hay que validarla. "Tienen un PPAP [proceso de aprobación de piezas de producción], por lo que podría pasar casi un año antes de que todo funcione perfectamente".

Prototipo de herramientas. Normalmente, las herramientas de prototipos y de bajo volumen se construyen de manera diferente a las herramientas duras para la producción de alto volumen, dijo Karch. "Es mucho menos costoso. Es rápido. Podemos desarrollar una herramienta de forma para una pieza en cuestión de unas pocas semanas".

La razón principal es que las herramientas prototipo no tienen que estar hechas para durar, por lo que pueden estar hechas de un metal más blando. "Usamos algo de acero, algo de aluminio T6, pero generalmente está hecho de Kirksite. Ese es un material de herramientas a base de aluminio/zinc. Básicamente, diseñamos una herramienta, hacemos que una fundición la moldee, la traemos aquí y córtelo en uno de nuestros molinos de alta velocidad.

"Kirksite es un material reutilizable. Una vez que sellamos las piezas, esperamos... digamos un año después de la última ejecución, y luego podemos enviarlo de regreso a la fundición para fundirlo. Entonces, el cliente realmente no tiene que pagar por el material de la herramienta Kirksite. Pagan por el diseño, la ingeniería, el corte, etc., pero en realidad no están pagando por el acero para herramientas. Eso es un gran ahorro allí mismo", dijo Karch.

El material para herramientas Kirksite es una especialidad en el área de Detroit, según Karch. "No conozco otra área en el mundo que lo use. Esa puede ser la razón por la cual el área metropolitana de Detroit es donde se lleva a cabo la mayoría de los prototipos automotrices y las herramientas de producción de bajo volumen".

Incluso se pueden crear prototipos de ensamblajes estampados complejos.

Otras razones por las que el herramental prototipo es menos costoso que el herramental duro es que es mucho más pequeño porque no comprende todos los procesos que incluiría el herramental duro. Además, está diseñado para ser alimentado y transferido a mano. "Entonces, tenemos un operador que aplica a mano una pieza en bruto de acero o aluminio en la herramienta y estampa la pieza en una prensa manual. La pieza no se recorta en la prensa. La colocamos en una de nuestras cuatro máquinas de corte por láser". máquinas para hacer todo el recorte y los agujeros", dijo Karch.

Periodo de tiempo. El diseño del troquel se suministra a Auto Metal Craft y construye las herramientas. "Lo sellamos. Construimos el accesorio láser internamente para cortar con láser el borde y los orificios. Podríamos calificarlo en un accesorio de control. Podemos construir esos accesorios de control en un par de días".

Por lo general, los prototipos se fabrican en seis a ocho semanas. Incluso los troqueles y prototipos complejos de ensamblaje completo se pueden terminar en 14 semanas, dijo.

“Hay momentos en los que hemos hecho prototipos en una semana y media, dos semanas, tres semanas. Un proyecto tenía 14 pequeños soportes. Nuestro cliente dijo: 'Sé que es una locura, pero los necesito en 10 días'. Lo hicimos", dijo Karch.

Por lo general, las herramientas de Kirksite durarán un mínimo de unas 300 piezas, según el material que se esté formando. Si está estampando un material más blando, ese número puede llegar a 1,000.

Cuando Auto Metal Craft tiene un proyecto con una cantidad de 1200 piezas, se utilizará acero o acero para herramientas de aluminio con la misma mentalidad que con Kirksite. Sólo cuesta un poco más. Para el material, en lugar de fundición, la empresa compra palanquillas de acero y luego las corta mediante CN. "Hoy en día, hay una gran cantidad de materiales laminados de muy alta resistencia, materiales de trabajo muy duros de doble fase que en realidad son más duros que el Kirksite, por lo que las herramientas se desgastan rápidamente. Entonces tendríamos que optar por el acero".

Los proveedores locales suministran quemados de acero. Un quemado es un trozo grueso de acero que se ha cortado con un cortador de llama para quemarlos y sacarlos de una placa grande. "No tenemos que comprar toda la placa. Podría tener un grosor de 18, 20 pulgadas. Las cortamos con CNC; agregamos nuestras sujeciones a las paredes laterales y podemos colocarlas en la misma prensa que manejamos el Kirksite", dijo Karch.

Los agotamientos solo tienen un plazo de entrega de una o dos semanas, por lo que también es mucho más rápido. "En una pieza de tamaño mediano, podríamos construir una matriz Kirksite y tener los primeros estampados en cinco semanas; una matriz de acero podría demorar ocho semanas", dijo Karch.

La empresa solo está construyendo un troquel de forma pequeña y sin todas las herramientas de recorte porque las piezas se cortan con láser.

"Un par de días después de que cortamos con láser nuestra primera parte, tenemos un estampado y podemos hacer un control de calidad. Es un proceso mucho más rápido. Todavía hay algo de prueba y error, algo de desarrollo, pero aún es mucho más rápido que pueden obtener estampados de troqueles duros.

Los fabricantes de automóviles compran ensamblajes y piezas prototipo de Auto Metal Craft para validarlos. Pueden hacer pruebas de choque o ponerlos en una pista de pruebas. Quieren validar un vehículo físico antes de que entre en producción.

“Pero no estamos haciendo medio millón de estampados. Lo que estamos construyendo no está destinado a durar”, dijo Karch.

Con la transición de la industria automotriz a los vehículos eléctricos, más proyectos de herramientas requirieron más prototipos para probar nuevos diseños, según Karch. Dijo que Auto Metal Craft ha estado haciendo muchos prototipos para vehículos eléctricos recientemente. "Hemos visto mucha actividad EV, especialmente el año pasado. Hicimos varias bandejas de batería aquí. Los primeros prototipos de bandeja de batería que hicimos fueron para el Chevy Volt híbrido, hace 12 o 15 años".

El fabricante prototipó alrededor de 300 ensamblajes, no solo los estampados, sino ensamblajes para ese vehículo, dijo Karch.

"Muchas de las empresas de vehículos eléctricos más nuevas ahora quieren estampados de tiradas cortas y volúmenes pequeños. Ahí es donde entra el trabajo de bajo volumen. Al principio, realmente no saben cuáles serán sus cantidades".

La empresa acaba de terminar un gran proyecto para un proveedor de nivel 2 de una nueva furgoneta de reparto.

"Hemos estado haciendo más prototipos de los que he visto en el pasado. Es acelerado. Entonces, construimos las primeras partes, luego hacen cambios, y luego más cambios y más cambios. Terminamos ejecutando cientos de partes.

"Creo que estamos viendo más ensamblajes y más bandejas de batería. Por lo general, son de acero o aluminio. Actualmente estoy cotizando extrusiones de aluminio, estampados y algunas piezas fundidas para un proveedor directo de un fabricante estadounidense de un tren motriz eléctrico, Lightning eMotors.

"Muchos de nuestros clientes acuden a nosotros porque están tratando de acelerar la producción. Están tratando de que sus productos entren en producción más rápido, lo que significa que tienen que crear prototipos rápidamente", dijo Karch.

La fusión de Auto Metal Craft con TSG ya ha mostrado beneficios recíprocos.

TSG ya no tiene que perderse algunos proyectos debido a la falta de capacidades de creación de prototipos. Suministra todo, desde el inicio de un proyecto en la etapa de creación de prototipos y continúa con las herramientas de producción en el mismo proyecto. "Ahora pueden decir: 'Podemos proporcionarle un prototipo único o una tirada de 100 piezas; o si necesita una tirada de 500 000 piezas, también tenemos la capacidad. Ahora podemos hacer el prototipo por usted y luego construir los troqueles duros para ese mismo producto.' Simplemente les dio un espectro más amplio de capacidades y otra vía para aumentar sus ventas", dijo Karch.

Un prototipo de estampado muestra dónde ciertas características de diseño, como las esquinas afiladas, podrían no ser fabricables.

TSG ayuda a Auto Metal Craft de manera institucional. TSG tiene pozos más profundos para financiar inversiones en equipos de capital. También tiene programas de simulación que Auto Metal Craft no tenía.

Debido a que TSG tiene un personal de recursos humanos, eso ayuda a Auto Metal Craft con los problemas de la fuerza laboral. "Un problema que tuvimos fue encontrar la mano de obra, el talento para trabajar en esta industria. Cada vez es más difícil. Al menos el 90 % de todos los que trabajan aquí tienen experiencia en prototipos de chapa metálica.

"La intención es seguir creciendo con TSG, que TSG siga creciendo con nosotros y estar en condiciones de competir con algunas de las grandes empresas de prototipos", añadió Karch.

En lugar de realizar recortes y agujeros interiores en el troquel, se cortan con un láser.