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El esfuerzo por establecer una nueva tecnología de fabricación preparada para un aumento en la producción de motores en la industria aeroespacial

La planta de motores aeronáuticos N.° 2 de Soma de IHI Corporation fabrica más de 3500 componentes para motores aeroespaciales, como discos, rotores con palas y engranajes. Equipada con más de 700 máquinas y mediante el uso de más de 100 000 procesos de fabricación, esta planta está preparada para la fabricación de pequeños lotes de una gran variedad de productos. En este artículo, la atención se centra en esta planta de mecanizado de última generación que da servicio a la industria aeroespacial internacional. 

Como una empresa líder en la fabricación de motores para el sector aeroespacial en Japón

IHI Corporation opera en cuatro segmentos principales: «recursos, energía y medioambiente», «infraestructuras sociales e instalaciones en alta mar», «sistemas industriales y maquinaria de uso general», y «motores aeroespaciales, espacio y defensa». Nuestro segmento de motores para el sector aeroespacial supone entre el 60 y el 70 % de nuestra producción total en Japón. 
IHI es también el mayor subcontratista que participa en la fabricación de la mayoría de las aeronaves utilizadas por el Ministerio de Defensa de Japón. También hemos participado en proyectos internacionales de desarrollo conjunto para un gran número de motores para aeronaves comerciales, mediante el desarrollo, la fabricación y el suministro de módulos y componentes. Además, los conocimientos sobre desarrollo y fabricación de motores que hemos acumulado se utilizan en las tareas de mantenimiento y reparación, algo muy apreciado por muchos de nuestros clientes, incluidas las aerolíneas internacionales que subcontratan el mantenimiento de sus aeronaves a IHI. 

La planta de motores aeronáuticos N.° 2 de Soma de IHI cuenta con los equipos más avanzados

IHI se encarga de la producción, el ensamblaje y el mantenimiento de motores de aeronaves en cuatro plantas: la planta de maquinaria para motores y dispositivos turboalimentados para aeronáutica de Kure (ciudad de Kure, en Hiroshima), la planta de motores aeronáuticos de Mizuho (Mizuho-cho, Tokio) y las plantas de motores aeronáuticos N.° 1 y 2 de Soma (ciudad de Soma, en Fukushima). La planta de Soma de IHI, la más grande con la que cuenta IHI, está situada en Onodai, 10 km tierra adentro en la costa del Pacífico, en Fukushima.

La planta N.º 1 de Soma se creó como la cuarta base de fabricación del área de negocio de Motores Aeronáuticos, Espacio y Defensa en 1998, con la transferencia parcial de las funciones de la planta de motores aeronáuticos de Tanashi, para encargarse de la fabricación de componentes para motores aeroespaciales. En 2006, el resto de las funciones de la planta de Tanashi se transfirieron a la planta N.° 2 de Soma. El cableado eléctrico y las tuberías de aire comprimido de la planta están situados a lo largo de las vigas del edificio para alimentar a todos los equipos. Esto permite una libre disposición de los equipos, que facilita la flexibilidad a la hora de dar respuesta a los cambios en la demanda. Las plantas están limpias y libres del olor del aceite de mecanizado, lo que permite trabajar cómodamente a los empleados. 

Alcance de la fabricación de componentes para motores aeroespaciales Tenacidad a la hora de crear nuevas tecnologías de mecanizado

Con la previsión de un aumento en la demanda para la industria aeroespacial, también crecerá la necesidad de contar con motores aeroespaciales respetuosos con el medioambiente. En la planta de motores aeronáuticos N.° 2 de Soma, donde se fabrican componentes de turbinas de baja presión, se puede observar el interés por los procesos de fabricación. En este artículo, Ryoji Takahashi, director general, Masayoshi Ando, ingeniero, y Hatsuo Okada, director, son entrevistados en el Departamento de ingeniería de producción de la planta de motores aeronáuticos N.° 2 de Soma. 

¿Cuál es la contribución de los puntos fuertes de la planta a la elevada cuota de mercado de IHI?

Takahashi: «IHI tiene mucha experiencia y grandes conocimientos en relación con la fabricación y el ensamblaje de componentes para motores aeroespaciales. Los componentes para ejes y turbinas de baja presión son nuestra especialidad, y son muy valorados por nuestros clientes. Nuestra empresa ha crecido gracias a los contratos formalizados para el Ministerio de Defensa; no obstante, la proporción de ventas de motores aeroespaciales comerciales ha aumentado. Además, IHI es una de las pocas empresas que cuenta con la capacitación y la tecnología necesarias para gestionar todo el proceso de fabricación de motores». 

¿Qué pnos puede contar acerca del alcance de la fabricación de componentes para motores aeroespaciales?

Takahashi: «Muchos de los componentes incluidos en los motores aeroespaciales se fabrican con materiales ligeros, aunque extremadamente fuertes, y que son muy difíciles de cortar; y la precisión de mecanizado exigida para la mayoría de estos componentes debe ser inferior a 0,01 mm. Nuestros procesos de fabricación, que cuentan con una supervisión exhaustiva, garantizan la producción de componentes de alta calidad. El desarrollo de motores requiere pruebas de mecanizado de herramientas y evaluaciones de rendimiento que normalmente se llevan a cabo a lo largo de un periodo de tiempo prolongado para determinar los procesos finales de fabricación. Una vez registradas, las herramientas utilizadas en los procesos de fabricación no se pueden cambiar fácilmente. Naturalmente, si es posible mejorar de forma importante la productividad, vale la pena tener en cuenta posibles cambios no solo en las herramientas, sino también en los procesos de fabricación. No obstante, cualquier cambio debe respetar una serie de procedimientos estrictamente establecidos. Dado que debemos seguir los procedimientos para realizar cualquier cambio en las herramientas y procesos, someternos a evaluaciones estrictas y obtener una aprobación, debemos planificar todas estas acciones con mucho cuidado para evitar costosos retrasos. Este principio es fundamental para nuestra misión de diseño de procesos de fabricación con un mecanizado de alta precisión y una productividad elevada antes de iniciar la producción en serie».

¿Cuál es el estado actual de la fabricación de componentes para motores aeroespaciales?

Okada: «En un esfuerzo por aumentar la autonomía de vuelo, se ha fomentado activamente el desarrollo de nuevas aeronaves con un elevado rendimiento y una alta eficiencia energética. Los motores instalados en estas aeronaves requieren el uso de nuevos materiales que ofrezcan una mayor resistencia a las temperaturas y un peso menor». 

Takahashi: «Por ese motivo, los materiales compuestos se han utilizado con frecuencia en la fabricación de motores durante los últimos diez años. Para reducir las emisiones de CO2 y el coste del transporte, es fundamental mejorar la eficiencia del combustible. Por ese motivo, utilizamos un CFRP ligero y resistente, y hemos aumentado el uso de CMC.  No obstante, los metales convencionales aún son necesarios y se están llevando a cabo desarrollos con aleaciones de metales con el objetivo de aumentar su resistencia. Al aumentar la resistencia del material, este se hace más fino y ligero, lo que aumenta la eficiencia del combustible. Sin embargo, el mecanizado es más difícil con el desarrollo de los materiales compuestos y las aleaciones de alta resistencia. Ampliar la demanda en el sector aeronáutico significa un mayor tráfico aéreo, y eso significa a su vez unas normas cada vez más estrictas para el control de la carga medioambiental». 

¿Cuál es la relación entre la mejora en los materiales y el desarrollo de la tecnología de mecanizado?

Takahashi: «La reducción de peso es muy eficaz. Por ejemplo, al reducir el peso de los componentes rotativos se reduce también el peso de los cojinetes y de los componentes fijos. La reducción del peso total del motor supone una gran mejora en términos de eficiencia del combustible, lo que a su vez afecta de forma muy importante a los costes operativos. 
Al mismo tiempo, esto supone una reducción de la carga medioambiental. Sin embargo, 
a medida que aumenta la resistencia de los materiales, el mecanizado se hace cada vez más difícil. La expansión de la industria requiere un mayor desarrollo de la tecnología de mecanizado. Es muy importante contar con herramientas de corte de alta calidad y una tecnología de mecanizado que permitan reducir el peso del material».

Ando: «Los componentes recientes utilizados en la fabricación aeroespacial se producen con materiales muy caros y difíciles de cortar. Por lo tanto, es importante diseñar métodos de procesamiento que eviten daños en los productos, incluso si las herramientas se rompen durante el mecanizado. Además de fabricar productos de alta calidad y reducir los costes de mecanizado, que son nuestros principales objetivos, también nos esforzamos al máximo para evitar daños en los productos». 

Okada: «A medida que los materiales siguen mejorando, los métodos de mecanizado actuales no son capaces de procesarlos. Incluso manteniendo el mecanizado actual, los materiales se pueden procesar utilizando otros métodos, como el mecanizado láser o mediante descargas eléctricas. Las herramientas de corte pueden ser totalmente diferentes a las que tenemos actualmente».

Okada: «Permítame darle un ejemplo reciente. Necesitamos mejorar significativamente la productividad de los discos en respuesta a una mayor producción de motores aeroespaciales a causa del aumento de la demanda. Tradicionalmente, aplicábamos un método de mandrinar para procesar las fijaciones tipo cola de milano, que son las uniones utilizadas para instalar la pala en el disco; sin embargo, la máquina de brochado es muy cara y la fabricación de las herramientas requiere un periodo de tiempo relativamente largo. Además, el mandrinado es un método de mecanizado con bajas condiciones de corte, lo que dificulta la mejora de la productividad. 

Por lo tanto, teníamos que buscar un método de mecanizado totalmente nuevo. En primer lugar, aplicamos el fresado al mecanizado de desbaste de la fijación de ensamblado. Han pasado dos años desde que iniciamos el desarrollo y ya estamos a punto de establecer el método. El punto fuerte del fresado es que se obtiene una disponibilidad de la herramienta estable, además de poder mejorar fácilmente las formas y los materiales utilizados. 

La productividad también es bastante superior a la del mandrinado. No obstante, también hay algunos inconvenientes. Las herramientas por volumen de mecanizado para el mandrinado son más asequibles que las utilizadas para el fresado. Para el fresado, necesitamos reducir el coste total de las herramientas, un objetivo que alcanzamos al minimizar el número de herramientas empleadas y al maximizar su vida útil. Aunque tuvimos que enfrentarnos a muchos problemas durante el cambio del mandrinado al fresado debido a nuestra falta de experiencia, el personal más joven trabajó de forma continua para superar todos los retos planteados. Al inicio del cambio, cuando las herramientas sufrían daños con frecuencia durante las pruebas de mecanizado, en ocasiones sentía que tendríamos que tirar la toalla. Sin embargo, el apoyo del personal de Mitsubishi Materials nos ayudó a seguir avanzando en el diseño de métodos de mecanizado, la creación de prototipos y la evaluación del producto. El esfuerzo y entusiasmo de los ingenieros de ambas empresas nos llevó a alcanzar este éxito».

La tecnología de mecanizado y la planta más avanzadas del mundo

El desarrollo de motores excelentes supone alcanzar la máxima precisión y el menor peso posible. La mejora en la precisión supone una reducción de las pérdidas de energía, mientras que una reducción del peso aumenta el rendimiento en función del peso. Esto también supone la mejora del rendimiento medioambiental mediante la reducción del consumo de combustible, el ruido y las emisiones de gases. La clave para lograr estas mejoras son los progresos en el desarrollo de materiales, como los materiales de alta resistencia al calor y peso reducido. 
La tecnología de mecanizado debe mantener el ritmo de estos progresos. La misión de la planta de motores aeroespaciales N.° 2 de Soma es seguir desarrollando nuevos productos basándose en esta tecnología de mecanizado avanzada. 

Para finalizar la entrevista, Ryoji Takahashi, director general del Departamento de ingeniería de producción, afirmó: «Hay un modelo de negocio específico para el desarrollo de motores aeroespaciales comerciales, cuyo ratio de ventas de IHI ha ido aumentando gradualmente. Es un programa de desarrollo de colaboración internacional. El desarrollo de motores aeroespaciales de uso comercial requiere una inversión muy elevada de tiempo y dinero. Por lo tanto, este programa ofrece un desarrollo conjunto internacional mediante una colaboración entre las empresas más importantes en un gran número de sectores. Para distribuir el riesgo, los costes y desarrollos de cada socio son proporcionales a su ratio de inversión. Además, los socios establecen relaciones estratégicas a largo plazo para cada parte de la que se encargan, responsabilizándose de la fabricación, el desarrollo técnico, el soporte del producto, los servicios posventa (piezas de repuesto, servicios de mantenimiento de los motores). El punto fuerte de IHI son sus conocimientos sobre fabricación integrada para la mayoría de los componentes de los motores aeroespaciales, así como su capacidad para aportar sus puntos fuertes, como es el caso de los ejes, componentes de compresores y de ventiladores, etc., a sus socios para ampliar los servicios que puede ofrecer al mercado. Gracias a la ampliación de la gama de componentes de su negocio especializado, IHI puede competir con confianza con sus competidores internacionales. Para alcanzar su objetivo de convertirse en la planta más importante del mundo, IHI se esfuerza continuamente por obtener y mantener una fabricación de máximo nivel, una gestión de calidad y una tecnología de mecanizado que garantice el máximo nivel de capacidad de fabricación. Estamos entusiasmados ante la posibilidad de instalar los motores que IHI ha desarrollado en aeronaves comerciales; con motores que cuentan con piezas fabricadas en Japón. Este es un sueño común de todos los que participamos en el desarrollo y la fabricación de componentes aeronáuticos en Japón». Desde Soma para todo el mundo, seguimos trabajando duro para mejorar nuestra tecnología en la planta de motores aeroespaciales N.° 2 de Soma de IHI.