MMC Magazine

Kenichi Sato Se incorporó en 2012 Sección de desarrollo de recubrimientos, departamento de desarrollo de materiales, planta de Tsukuba / Masakuni Takahashi Se incorporó en 1994 Director general, departamento de desarrollo de materiales,  planta de Tsukuba / Takuya Ishigaki Se incorporó en 2008 Director, sección de desarrollo de recubrimientos, departamento de desarrollo de materiales, planta de Tsukuba

Con las piezas de automoción en lo más alto de la lista, el material especificado por los fabricantes se ha endurecido. Con esta tendencia, se exige a las herramientas de corte una mayor resistencia al desgaste. Sin embargo, el aumento de la resistencia al desgaste conduce a una mayor frecuencia de rotura de las herramientas, lo que a su vez provoca defectos en los productos, haciendo imposible garantizar la estabilidad de la producción. En respuesta a las peticiones de los clientes tuvimos que empezar el desarrollo colaborativo para resolver el problema. Basándose en los hallazgos del Instituto Central de Investigación, la planta de Tsukuba trabajó en el desarrollo de herramientas junto al grupo de ingeniería de planta. El resultado, una solución que mejora la resistencia al desgaste y la estabilidad del filo de la herramienta.

A petición de los clientes

- En primer lugar, díganos qué hay detrás del desarrollo del nuevo producto.

Takahashi: La razón del desarrollo de nuevos productos puede clasificarse en dos categorías principales. Por un lado, las peticiones de los clientes y, por otro, la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías. El desarrollo de la serie MC6100 comenzó a raíz de la petición de un cliente internacional; pero esta petición también coincidía bastante con la nueva tecnología que ya se estaba desarrollando. 

Sato: La solicitud del cliente, un fabricante de piezas para automóviles, era que la vida útil de la herramienta fuera más larga Además, el cliente también quería aumentar la eficiencia del mecanizado, lo que requería mejorar el rendimiento de las herramientas. En este caso, una cosa era diferente: la completa coordinación con el cliente durante el desarrollo. Por lo general, el trabajo en el desarrollo de nuevos productos se hace exclusivamente en la empresa, por lo que este fue un caso inusual.

- Aunque los clientes hagan peticiones, no es fácil avanzar sin la tecnología que pueda responder a ellas, ¿verdad? 

Ishigaki: Sí. Responder a la demanda de prolongar la vida útil de las herramientas significaba aumentar la resistencia al desgaste. Mitsubishi Materials dispone de productos recubiertos con tecnología CVD. CVD son las siglas de Chemical Vapor Deposition (Deposición de Vapor Químico), que es un método de formación de una fina película hecha con una amplia variedad de sustancias. Nuestra tecnología de recubrimiento CVD es excelente y el recubrimiento de capa fina CVD tiene una extraordinaria resistencia al desgaste; sin embargo, debe controlarse con precisión para evitar el desprendimiento Afortunadamente, habíamos estado trabajando en el desarrollo de una tecnología que evita el desprendimiento para maximizar la alta resistencia al desgaste.

Sato: Los materiales que pueden utilizarse para recubrimientos duros son limitados. La búsqueda de formas de lograr tanto la resistencia al desgaste como la estabilidad del filo de la herramienta en posibles combinaciones y bajo diferentes condiciones es una búsqueda eterna. Hemos acumulado tecnologías para aumentar la resistencia al desgaste y una de ellas es la tecnología Super Nano Texture.

Súper tecnología para aumentar la resistencia al desgaste

- ¿Por qué han añadido "Súper" a la tecnología Nano Texture ya existente?

Ishigaki:　　La tecnología Nano Texture es una de las áreas de investigación del Instituto central de investigación. Llevamos desarrollando tecnología para aumentar la resistencia al desgaste unificando la dirección de crecimiento de los cristales y hemos adquirido patentes desde el año 2000. Como en este caso hemos mejorado notablemente estas tecnologías, hemos decidido añadir "Súper" al nombre. En cuanto a la mejora tecnológica, el tamaño del grano y la dirección de crecimiento de los granos de cristal de Al2O3 eran desiguales en la tecnología inicial. Por lo tanto, intentamos mejorar la uniformidad del tamaño del grano. Se denomina Tecnología Nano Texture. Además, mejoramos la uniformidad de la dirección de crecimiento de los cristales. Se denomina Tecnología Súper Nano Texture. Al garantizar una mayor precisión y uniformidad en el crecimiento de los cristales, mejoró significativamente la resistencia al desgaste. 

Takahashi:　　Estoy seguro de que Mitsubishi Materials dispone ahora de la tecnología de primera clase necesaria para optimizar el crecimiento de los cristales. La razón por la que pudimos alcanzar un desarrollo tecnológico tan elevado es que nosotros, el grupo de desarrollo, y el Instituto central de investigación siempre cooperamos para acumular conocimientos técnicos. La tecnología elemental de la Súper Nano Texture fue desarrollada por el Instituto Central de Investigación.  

- Sin embargo, no siempre el desarrollo de una nueva tecnología elemental conduce inmediatamente a su comercialización, ¿verdad?

Sato:　　Sí, así es. Los clientes quieren que utilicemos nuestra tecnología elemental para desarrollar herramientas de corte capaces de ofrecer un rendimiento excepcional con sus condiciones de mecanizado. En otras palabras, los clientes quieren que desarrollemos la tecnología y las herramientas que les proporcionen estabilidad y una calidad superior. La capacidad de comercializar tecnología elemental es necesaria para dar el siguiente paso. 

De lo micro a lo macro: problemas causados por la diferencia de escala

- Me pregunto si es difícil aplicar la tecnología desarrollada en el Instituto central de investigación a la producción en serie

Takahashi:　　Por eso existe el Centro de desarrollo. Incluso si estamos seguros de que la tecnología elemental desarrollada en el laboratorio tendrá éxito, necesitamos la tecnología de fabricación para producirla en serie. Nuestro papel es desarrollar ese tipo de tecnología de fabricación. 

Sato:　　Hasta hace tres años, trabajaba en el Instituto Central de Investigación en el desarrollo de tecnología básica para recubrimientos CVD y allí aprendí sobre el control de la dirección de crecimiento de los cristales. Después, me trasladaron a la planta de Tsukuba, donde empecé a trabajar en la serie MC6100. Sin embargo, las condiciones previas para los experimentos a micro escala realizados en el laboratorio y la producción en serie a macro escala son diferentes. Lo que aprendí sobre tecnología básica en el Instituto Central de Investigación me resulto muy útil para comprender los fenómenos que observaba durante las pruebas para la producción en serie. 

– Dado que el desarrollo de la serie MC6100 se basó en la petición de un cliente, ¿se sintió presionado para actuar con rapidez?

Ishigaki:　　Exacto. Pero esa presión no significaba que pudiéramos tomar atajos. Llevamos a cabo un proceso constante y deliberado de ensayos  y errores repetidos, identificamos los problemas mediante pruebas e hicimos los ajustes pertinentes hasta que estuvimos seguros de que no sólo podíamos cumplir las expectativas del cliente, sino superarlas. También es importante que el ciclo PDCA se aplique eficazmente a gran velocidad. Esto se debe a que la escala de producción entre las pruebas de laboratorio 
y la producción en serie es diferente, observamos fenómenos en la fase de producción que difieren de los observados en el laboratorio. Y para establecer un sistema eficaz de producción en serie, necesitábamos la estrecha colaboración del personal de recubrimiento durante las fases de tecnología de producción y fabricación para avanzar en el desarrollo. Cuanto más personal especializado interviene en un proyecto, mayor es la necesidad de avanzar rápidamente. 

Takahashi:　　 En el ciclo PDCA es importante seguir las reglas y los principios. Si seguimos las normas y los principios, nos resultará más fácil encontrar los parámetros en los que se producen los problemas.  

– Los parámetros pueden influir en  cambios a escala de laboratorio.

Sato:　　La distribución de algunos parámetros puede variar debido a los cambios de escala. En tales casos, también es necesario volver a los principios básicos, establecer una hipótesis y, a continuación, probar esa hipótesis mediante experimentos. Nos comunicamos estrechamente con el personal responsable de la tecnología de producción acerca del proceso para asegurarnos de que todo el mundo sigue la misma línea a la hora de establecer una hipótesis basada en los cambios de los parámetros a partir de los datos calculados proporcionados por el Instituto central de investigación. 

Superar las dificultades mediante planteamientos excepcionales y una estrecha colaboración con los clientes

– ¿Cuál ha sido el mayor reto a la hora de desarrollar la serie MC6100?

Ishigaki:　　Como esto empezó con una petición del cliente, trabajamos con él desde la fase inicial. Tuvimos muchas reuniones para entender exactamente lo que quería. A continuación, examinamos prototipos fabricados con equipos de mecanizado en la línea de producción real del taller del cliente. No estábamos acostumbrados a responder a las necesidades puntuales de los clientes y esto supuso un cambio difícil en nuestro planteamiento.

Sato:　　Al realizar las pruebas en la línea de producción del cliente, nuestro personal visitó las instalaciones. De pie junto a la máquina que se estaba probando, nuestro personal escuchó atentamente las opiniones del operario. Además, el personal y los vendedores de Mitsubishi Materials hablaron con los ingenieros del cliente para determinar la dirección de la mejora. Al repetir estos procesos, se sigue mejorando la resistencia al desgaste. Sin embargo, justo cuando alcanzamos un nivel que nos parecía muy cercano a nuestro objetivo, nos encontramos con un último problema difícil de resolver.

– ¿Cuál fue el problema?

Takahashi:　　 En cierto modo, la máquina de pruebas del cliente causó daños específicos. Si resolvíamos este problema, alcanzaríamos el objetivo. Sin embargo, por mucho que lo intentamos, el ensayo y error con nuestros equipos no consiguió reproducir los daños que se observaban en la línea del cliente. 

Sato:　　De acuerdo a nuestras teorías sobre las causas del problema, se nos ocurrió una idea. Pensamos que el daño podría producirse durante una fase previa del mecanizado. Si identificábamos la causa en esa fase, podríamos resolver el problema. Sin embargo, para probar nuestra hipótesis, tuvimos que utilizar el equipo de mecanizado del cliente y pararlo en mitad de la operación para comprobar el filo de la herramienta. Para el cliente, detener el mecanizado en mitad del proceso, era algo impensable. Sin embargo, explicamos que detener el proceso nos permitiría comprender mejor el problema y  nos acercaría a la solución. 

- ¿Y cómo se pudo resolver el problema?

Ishigaki:　　Los resultados del experimento confirmaron nuestra hipótesis. Dado que los daños se produjeron en una fase temprana del mecanizado, pudimos identificar una solución. Probamos un prototipo mejorado y tuvimos éxito. Este éxito, junto con la resistencia al desgaste requerida que ya habíamos conseguido, cumplió con las expectativas del cliente. 

La incorporación de dos nuevas tecnologías aumentó la estabilidad

– Tengo entendido que, además de la tecnología Super Nano Texture, se han aplicado otras nuevas tecnologías a la serie MC6100.

Sato:　　Sí, una de ellas fue la reducción de las roturas repentinas, que se resolvió gracias a los consejos de un cliente. El recubrimiento CVD se forma a alta temperatura y la tensión de tracción se produce en la capa de recubrimiento durante el enfriamiento. El mecanizado con un filo de herramienta inestable durante ese tiempo crea un desgaste por impacto desigual y las grietas tienden a hacerse más grandes porque la tensión de tracción es incapaz de reducir la expansión de las grietas. Así es como se producen las roturas. El reto consiste en mitigar la tensión de tracción para resolver el problema. 

Takahashi:　　Cómo mitigamos la tensión de tracción es un secreto, pero la solución llegó a través de un proceso deliberado de ensayo y error. También aplicamos el ciclo PDCA. 

– ¿Cuál es la otra tecnología  Super TOUGH-Grip ?

Ishigaki:　　Mitsubishi Materials ya había desarrollado la tecnología TOUGH-Grip que une firmemente dos capas de recubrimiento diferentes. Concretamente, se utiliza para unir la capa de Al2O3 (óxido de aluminio) y la capa de TiCN (nitruro de titanio y carbono), que es la base de la capa de Al2O3. Al hacer más finos los granos de cristal, aumentó la superficie adhesiva de las capas de Al2O3 y TiCN y mejoró la fuerza adhesiva entre las capas de recubrimiento. En otras palabras, esta nueva tecnología redujo más eficazmente el desprendimiento de las capas de recubrimiento en comparación con la tecnología existente. La prueba de resistencia al desgaste del Super TOUGH-Grip demostró que la fuerza adhesiva se multiplicó por 1,6 veces. 

Sato:　　Para unir Al2O3 y TiCN, que tienen estructuras cristalinas diferentes, primero tuvimos que aprender todo lo que pudimos sobre las características básicas de cada estructura cristalina. Con estos conocimientos, podríamos trabajar para aumentar la fuerza adhesiva. Durante los procesos de desarrollo específicos, la cooperación de los miembros del departamento de ingeniería de la planta nos permitió realizar repetidos experimentos utilizando el horno de recubrimiento real. 

Takahashi:　　Nuestro equipo de desarrollo y el departamento de ingeniería de la planta siguieron cada paso del proceso en estrecha comunicación. Todo el personal de la planta de Tsukuba intercambia opiniones con frecuencia con el fin de mantener un claro enfoque en el objetivo. Uno de nuestros puntos fuertes es este énfasis en la cooperación. 

La resistencia al desgaste y los defectos son temas eternos

- El resultado de estas nuevas tecnologías es la serie MC6100, ¿verdad?

Ishigaki:　　La MC6115 es para corte de alta velocidad. La aplicación de una gruesa capa de Al2O3 fabricada con la tecnología Super Nano Texture permite lograr una excelente resistencia al desgaste durante el mecanizado cuando la temperatura del filo de la herramienta tiende a ser elevada, condiciones similares a las que se dan durante el corte a alta velocidad y el mecanizado de alta eficiencia. En cuanto a MC6125, al añadir las sustancias con base de Ti a la capa de Al2O3 con tecnología Super Nano Texture, conseguimos un nivel de rendimiento de mecanizado capaz de responder 
a una gama más amplia de aplicaciones.

- ¿Cómo han reaccionado los clientes?

Sato:　　Lo que más les gustó a los clientes fue lel aumento de la vida útil de las herramientas. Dado que se han podido mejorar condiciones como las velocidades de procesamiento y mecanizado, los clientes nos dicen que la productividad también ha mejorado. Estamos muy contentos porque tales logros eran el objetivo del desarrollo. Otra cosa que hicimos fue utilizar el dorado para el color exterior. Durante el desarrollo, el cliente quería un filo distintivo de la placa para ver el estado  "usada o sin usar". Cuando entregamos la serie MC6100 a los clientes, la mayoría de ellos quedan impresionados con el color. Esto también parece ayudar en las elecciones de los clientes. Es algo con poca importancia, pero nos alegramos de haberlo elegido.

- ¿Cuál es el coste de las nuevas tecnologías, incluido el recubrimiento dorado

Ishigaki: Los precios están casi al mismo nivel que las herramientas existentes. El coste era una cuestión prioritaria desde la fase de producción en serie, por lo que comprobamos aspectos de las líneas de producción, incluido el flujo de cada artículo a través de la cooperación en toda la planta. Los costes vienen determinados por el tiempo de producción. Sin embargo, como las ventas han ido tan bien, la producción según las especificaciones iniciales se ha desarrollado sin problemas y sin necesidad de cambios. 

- ¿En qué dirección se irá ahora?

Takahashi:　La mejora de la resistencia al desgaste y a los defectos son temas eternos para las herramientas de corte, por lo que seguiremos trabajando en esto. También hay que tener en cuenta los cambios en los motores de los automóviles. Tenemos que observar cómo cambian las necesidades de los clientes a medida que la producción de automóviles se desplaza hacia los vehículos eléctricos. Los cambios en sus necesidades influyen en la dirección del desarrollo tecnológico. Teniendo en cuenta también las necesidades de calidad y velocidad de mecanizado, seguiremos esforzándonos por satisfacer las expectativas de los clientes.